Por: Carlos Cacciuttolo Vargas, Universidad Católica de Temuco, Chile. 

Resumen

Hoy en día, el eficiente manejo del agua del proceso y la estabilidad física de las instalaciones son una necesidad prioritaria en depósitos de relaves y pilas de lixiviación. Considerando la reciente ocurrencia de fallas en algunos depósitos de relaves e instalaciones en todo el mundo, lo que produjo una grave contaminación ambiental e impactos sociales, se requieren opciones más seguras. Esto ha llevado a una percepción más estricta de la autoridad y la comunidad para gestión de residuos mineros y pilas de lixiviación enfocada al cuidado del medio ambiente, promoviendo la implementación de las mejores tecnologías disponibles en la actualidad.

Esta revisión destaca casos de manejo de relaves y pilas de lixiviación en el pasado, que tuvieron situaciones adversas y proporciona experiencias y lecciones para mejorar la práctica de diseños más amigables con el medio ambiente de estas instalaciones. La experiencia ha demostrado que el conocimiento de los procesos mineros no solo debe centrar la atención en la eficiencia técnica y económica, también debe integran la controlada y adecuada gestión de los insumos (reactivos) y los desechos (relaves, plataformas de lixiviación) con el medio ambiente, tanto en su distribución espacial como en su evolución en el tiempo.

Finalmente, este trabajo técnico presenta la contribución de una serie de experiencias exitosas en Perú en manejo de relaves y gestión de pilas de lixiviación que han desplegado nuevas tecnologías emergentes para la reducción de impactos ambientales negativos, enfocándose principalmente en los siguientes temas: (i) incremento de recuperación de agua de proceso, (ii) reducción de la huella de las instalaciones en las áreas impactadas, (iii) disminución del riesgo de inestabilidad física, y (iv) reducción de filtraciones en las instalaciones.

Introducción

Los residuos mineros se pueden definir como un material que resulta de la exploración, extracción y procesamiento de sustancias. El término “Residuos mineros” agrupa, en realidad, diferentes productos resultantes de la industria extractiva. Las rocas estériles consisten en rocas mineralizadas no mineralizadas y de baja ley extraídas de, alrededor o dentro del yacimiento durante las actividades de extracción. La ley de corte que diferencia la roca estéril del mineral utilizable es una distinción económica y puede variar con el tiempo. Los residuos de procesamiento (mineral lixiviado) y los relaves son los desechos sólidos o lodos que quedan después del tratamiento de minerales mediante procesos de separación, trituración, molienda, clasificación por tamaño, flotación, lixiviación y otras técnicas físico-químicas, para extraer los minerales valiosos de la roca menos valiosa (Bellenfant et al., 2013).

Hoy en día, el proceso minero eficiente, la gestión del agua y la estabilidad física de las instalaciones de desechos mineros son una prioridad en las instalaciones de almacenamiento de relaves (TSF) y las instalaciones de pilas de lixiviación (LPF). Teniendo en cuenta la ocurrencia reciente en todo el mundo de algunas fallas en las presas de las instalaciones de almacenamiento de relaves (Canadá, Mont Polley, y Brasil, Samarco y Brumandinho), que produjeron una grave contaminación ambiental e impactos sociales, se requieren opciones más seguras. Este documento describe cómo se implementan las lecciones aprendidas integradas en experiencias anteriores y cuáles son sus ventajas y beneficios en el manejo de relaves y lixiviación en pilas, en los que se necesitan soluciones amigables con el medio ambiente. La percepción ambiental más estricta de la autoridad y la comunidad para la gestión de residuos mineros ha promovido la implementación de MTD (Cacciuttolo y Holgado, 2016).

Objetivos

En el presente artículo técnico se han considerado los siguientes objetivos:

1.- Exponer los aspectos claves en el manejo ambiental de relaves mineros y pilas de lixiviación.

2.- Presentar los avances en tecnologías y medidas de gestión que permiten un manejo controlado de las aguas de proceso minero en instalaciones de relaves y pilas de lixiviación.

3.- Promover las experiencias exitosas en Perú sobre manejo ambiental de relaves mineros y pilas de lixiviación bajo condiciones topográficas y climáticas extremas para así brindar confianza a las autoridades y comunidades.

Metodología

Para el presente artículo técnico se ha desarrollado el siguiente procedimiento metodológico:

ν Recopilación de la información de casos de manejo ambiental de relaves mineros y pilas de lixiviación a nivel internacional y nacional (fracasos y casos exitosos).

ν Análisis y sistematización de la información (creación de tablas, fichas, gráficos e imágenes).

ν Estudio de casos considerando las experiencias exitosas en Perú sobre manejo de relaves y pilas de lixiviación.

Proceso de extracción de oro y generación de residuos mineros

Proceso de diagrama de flujo de mineral de sulfuros de oro

Los métodos convencionales de lixiviación con cianuro en tanques se utilizan en minerales de oro con ley adecuada (contenido aurífero por tonelada) y tonelaje (cantidad de mineral disponible para lixiviación) para justificar la complejidad del diseño y el mayor costo de capital en comparación con los métodos de lixiviación en pilas con cianuro. Un proyecto de minería de oro se puede dividir en cuatro áreas principales: extracción de mineral y reducción de tamaño, lixiviación, recuperación de oro y eliminación de relaves. Una vez que el mineral se extrae del suelo, se tritura en 1 a 3 etapas para prepararlo para la molienda. Esta generalmente se realiza en húmedo utilizando agua reciclada del embalse de relaves, y generalmente se agrega cianuro adicional al agua de molienda para comenzar la lixiviación lo antes posible (U.S. EPA, 1997a).

El mineral molido y el agua de molienda generan la pulpa, que se beneficia mediante un proceso de flotación en una serie de celdas. Durante la primera etapa de flotación (rougher), se generan relaves sin cianuro y se depositan en un TSF de flotación (Figura 1), mientras que los concentrados se conducen a una segunda etapa de flotación (cleaner). En las celdas de flotación más limpias, generalmente se agrega cianuro de sodio junto con aire y/u oxígeno, que son catalizadores necesarios para la disolución del oro y la plata (Adams, 2016).

El oro disuelto se puede recuperar de la solución de cianuro que contiene oro (solución cargada), ya sea por adsorción en carbón activado o por precipitación con polvo de zinc. Cuando se usa carbón activado, se puede agregar durante la lixiviación (carbón en lixiviación) o después de esta (carbón en pulpa). Estas técnicas, comúnmente conocidas como métodos de tanque o tina, generalmente se usan para beneficiar minerales que contienen más de 0.04 oz/t (U.S. EPA, 1994). Una vez que el oro disuelto se elimina de la solución, los relaves del molino y la "solución estéril" resultante se bombean al TSF de lixiviación con cianuro (Figura 1). Luego, en la planta de proceso de recuperación, el oro se extrae químicamente del carbón, se electro-obtiene de la solución y se funde en barras impuras, llamadas doré (U.S. EPA, 1997a; Ritzey, 2005).

Manejo de instalaciones de depósitos de relaves de oro

El diseño y operación de los TSF es de suma importancia, ya que sirve para dos propósitos: (i) como depósito de sedimentación para el agua de proceso del molino que luego se recicla a los circuitos de molienda y lixiviación, y (ii) como el embalse final de residuos para los relaves de lixiviación de cianuro y flotación. El tamaño de la TSF se basa en el volumen total esperado de relaves producidos durante la vida útil de la mina, el tiempo de sedimentación requerido para separar el agua del molino de los relaves, el manejo adecuado del agua de proceso del molino (agua de contacto) que se mantendrá disponible, y el posible volumen de agua de una tormenta (agua sin contacto).

Los relaves generados por las operaciones de molienda de cianuro de oro contienen pequeñas cantidades de solución de cianuro usada, cianuro residual, y complejos de metal-cianuro solubilizados, que podrían ser tóxicos para los humanos, la flora y la vida silvestre (Donato et al., 2007). Por esta razón, se incorpora la detoxificación de relaves cianurados en el proceso previo a la deposición de relaves en TSF. Además, los TSF de lixiviación de cianuro generalmente están revestidos, donde se coloca un revestimiento de geomembrana de geotextil GCL en la cara aguas arriba de la presa y el contorno de la base del embalse para evitar la filtración a través del embalse (Adams, 2016).

Diagrama de flujos del proceso de minerales oxidados de oro

Desde la década de 1970 y principios de la de 1980, la lixiviación en pilas se ha convertido en una forma eficiente de beneficiar una variedad de minerales de oro oxidados de baja ley. En comparación con la lixiviación en tanque, la que se realiza en pilas tiene varias ventajas, incluida la simplicidad del diseño, bajos costos operativos y de capital, y breves tiempos de puesta en marcha. En muchos casos, las pilas se construyen en plataformas revestidas con mineral enviado directamente desde la mina (mineral run-of-mine) con poca o ninguna preparación (Bleiwas, 2012). Sin embargo, en aproximadamente la mitad de las operaciones de lixiviación en pilas, el mineral se tritura y aglomera antes de colocarlo en la pila para mejorar la tasa de recuperación y mantener el pH alto necesario para que ocurra el proceso. La lixiviación en pilas o en valles (HLF, por sus siglas en inglés) generalmente se usa para beneficiar minerales que contienen menos de 0.04 oz/t (U.S. EPA, 1994).

La reacción de la solución de cianuro con el oro libre depende del oxígeno. Por lo tanto, la solución se oxigena antes de la aplicación o durante la pulverización. La concentración de la solución es generalmente entre 0.5 y 1 libras de cianuro de sodio por m³ de agua dulce. La solución de cianuro se aplica mediante riego por goteo o aspersión, donde la lixiviación de cianuro es generalmente efectiva a un pH de 9.5 a 11, siendo el óptimo aproximadamente 10.5. Condiciones más ácidas pueden resultar en la pérdida de cianuro por hidrólisis, reacción con dióxido de carbono o reacción con hidrógeno para formar cianuro de hidrógeno (HCN). El lixiviado de cianuro se filtra a través del mineral y se recolecta mediante tuberías ubicadas debajo de la pila o se transporta sobre un revestimiento de asfalto o plástico directamente a las zanjas alrededor de la LPF (Figura 2) (Donato et al., 2007).

Luego, la solución cargada se recolecta en una poza revestida. Por lo general, la solución de cianuro recuperada y la solución cargada contienen entre 1 y 3 ppm de material de oro. Las tasas de recuperación para la lixiviación en pilas y de relleno de valle oscilan entre el 60 y el 80 por ciento, luego el oro se recupera en la planta mediante intercambio iónico utilizando columnas de carbón para producir una solución purificada para la electro-obtención de oro (U.S. EPA, 1994).

Manejo de instalaciones de pilas de lixiviación de oro

Dos tipos comunes de LPF utilizados en la lixiviación en pilas de oro en Perú incluyen la construcción de pilas permanentes en una plataforma de la que no se extrae el mineral lixiviado y plataformas on-off, que permiten eliminar el mineral gastado siguiendo el ciclo de lixiviación y extraer el mineral fresco colocado en la pila. Los montones permanentes de mineral generalmente se construyen en capas de 10 m. Las plataformas on-off no se usan comúnmente en la industria y se construyen para permitir que el mineral gastado se elimine después del ciclo de lixiviación y la reutilización de la plataforma (Breitenbach, 2000). La lixiviación generalmente toma varias semanas a meses, según la permeabilidad y el tamaño de la pila. Un ciclo de lixiviación "promedio" dura aproximadamente tres meses (U.S. EPA, 1994). Después de que no ocurra más recuperación de oro, el mineral gastado y la solución de cianuro restante se convierten en desechos. Existen varios enfoques para el desmantelamiento de montones de mineral contaminado con cianuro y la neutralización de soluciones de cianuro. Por lo general, la pila se enjuaga con agua hasta que la concentración de cianuro en el efluente y los sólidos de la pila están por debajo de un estándar local específico (Adams, 2016). Luego, el montón se puede recuperar con los desechos en su lugar. Si la pila es una plataforma de encendido/apagado, el mineral gastado habrá sido removido periódicamente a un área de disposición permanente (U.S. EPA, 1994; Thiel y Smith, 2004).

Proceso de extracción de cobre y generación de residuos mineros

Proceso de diagrama de flujo de mineral de sulfuros de cobre

Actualmente, los minerales sulfurados sí se están explotando en el Perú, ya que los minerales sulfurados predominan sobre los óxidos. La calcopirita (CuFeS2) es el principal mineral de sulfuro de cobre en estos minerales, que también contienen cantidades variables de pirita no valiosa y no deseada (FeS2). A escala industrial, los minerales de sulfuro de cobre se concentran mediante procesos de flotación por espuma (Figura 3), (Reyes-Bozo et al., 2014).

La flotación por espuma utiliza reactivos químicos (colectores, espumantes y modificadores) para controlar la humectabilidad de las superficies sólidas, la electroquímica de la solución, la dispersión y agregación de partículas sólidas y la generación de espuma (Ayres et al., 2002). De esta manera, es posible recuperar especies minerales de interés y evitar la flotación de materiales de ganga no deseados (Reyes- Bozo et al., 2014).

Debido a que las leyes promedio de cobre de los minerales sulfurados en Perú han disminuido de 1.25% a 0.90% durante la última década, se requiere un mayor consumo de agua, energía y reactivos químicos para procesar eficientemente los minerales sulfurados de cobre de baja ley (Cacciuttolo et al., 2015a). En particular, el consumo de colectores, espumantes y modificadores en la flotación por espuma está aumentando debido a que se procesan mayores cantidades de mineral de baja ley. Por ejemplo, la concentración promedio de colectores y espumantes utilizados en 2012 en Perú fue de 50 g/t de mineral y 30 g/t, respectivamente. Estas concentraciones corresponden a 26,243 toneladas de colectores y 15,745 toneladas de espumantes al año (Reyes-Bozo et al., 2014). Las celdas de flotación convencionales consisten en un tanque con un agitador diseñado para dispersar el aire en la suspensión, como se muestra esquemáticamente en la Figura 3, ensamblado típicamente en un circuito de etapas múltiples, con celdas "más ásperas", "más limpias" y "depuradoras". Finalmente, el concentrado de cobre se conduce a una planta de recuperación y los relaves obtenidos normalmente se deshidratan mediante espesadores y se eliminan en TSF.

Manejo de instalaciones de relaves de cobre

Los métodos utilizados para eliminar los relaves se han desarrollado debido a las presiones ambientales, el cambio de las prácticas de molienda y la realización de aplicaciones rentables. Los primeros métodos incluían:

(i) descarga de relaves en ríos, arroyos y mar, como el caso de la Bahía de Chañaral en Chile (Vergara, 2011) y la Bahía de Ite en Perú (Diaby et al., 2006), y (ii) el embalse de fracción gruesa deshidratada de relaves y almacenamiento de lodos en tierra (presas de relaves). Debido al daño causado por tales métodos y la molienda mucho más fina necesaria en la mayoría de los minerales modernos, se han desarrollado otras técnicas.

Es económicamente ventajoso ubicar el embalse cerca de la mina, pero esto impone límites en la selección del sitio. El tipo de TSF generalmente está determinado por la actividad sísmica local, los requisitos de clarificación del agua, las propiedades y la estabilidad de los relaves; distribución del tamaño de los relaves, aspectos topográficos y de cimentación, condiciones hidrológicas y factores ambientales (ICOLD, 2001).

La eliminación de relaves aumenta los costos de producción, por lo que es esencial que esta sea lo más económica posible. Este requerimiento condujo inicialmente al desarrollo del método de construcción de represas de relaves corriente arriba que alguna vez se usó comúnmente, pero algunos accidentes en la represa de relaves El Cobre en Chile (Dobry y Alvarez, 1967) y la represa de relaves Amatista en Perú (Alva-Hurtado, 1997) resultaron en la prohibición de la construcción en dirección aguas arriba en ambos países. En realidad, el método más popular aplicado en TSF de cobre son los métodos de construcción de línea central y aguas abajo. Estos TSF generalmente están parcialmente revestidos (U.S. EPA, 1997b), para evitar la filtración a través de los cimientos y el núcleo de la presa, se instala una zanja de corte y un sistema de control de cortina de lechada a lo largo del pie aguas arriba de la presa, y una geomembrana de geotextil. El revestimiento se coloca en la cara aguas arriba de la presa. Esto significa que la presa tiene una barrera impermeable continua que corre a lo largo y ancho de su cara aguas arriba, que impermeabiliza esta parte del depósito (Cacciuttolo et al., 2014).

Diagrama de flujos del proceso de minerales oxidados de cobre

La lixiviación en pilas se realiza hoy en día en minerales con una ley relativamente baja de óxido (0.1 – 1%) para la recuperación de cobre. Las operaciones típicas se llevan a cabo durante aproximadamente uno a tres meses por pila y la recuperación alcanzada es de al menos el 60% y puede llegar al 85% en algunos casos. El lixiviante con los minerales de cobre es típicamente ácido sulfúrico, esta solución se rocía o gotea sobre la superficie superior de la pila que drena a través del mineral hacia un canal alrededor del perímetro, donde la solución cargada se puede recuperar para la extracción del metal (Thiel y Smith, 2004). Para el cobre, la planta de recuperación habitual es SX-EW (extracción por solvente/electro-obtención) (Figura 4).

Manejo de instalaciones de pilas de lixiviación de cobre

La plataforma de lixiviación debe incluir la instalación de revestimientos impermeables para evitar problemas ambientales y fugas de solución cargada con ácido sulfúrico. La selección de un revestimiento incluye aspectos como la resistencia química a la solución y la presión hidráulica. Un revestimiento de la pila está sujeto a un esfuerzo general creado por el montón de minerales depositados y al estrés local producido por el equipo utilizado durante la construcción de colocación de minerales. El revestimiento de la poza de recolección de soluciones lixiviadas también está sujeto al estrés desarrollado por el almacenamiento de soluciones cargadas con ácido sulfúrico. Los revestimientos se pueden instalar utilizando suelos arcillosos o membranas sintéticas. La decisión está influenciada por las condiciones económicas relacionadas con la topografía del sitio y las regulaciones ambientales. Dado que los aspectos económicos son considerados desde las primeras etapas del proyecto, las normas ambientales tienen un impacto especial en la economía y desempeño de la operación (Reichardt, 2008).

Lecciones aprendidas de la historia de las instalaciones de almacenamiento de relaves

Casos de fallas en todo el mundo

Una serie de accidentes ambientales en varias minas de oro en todo el mundo ha precipitado una preocupación generalizada sobre el uso de cianuro como reactivo de lixiviación. En la mayoría de estos casos, el cianuro de las operaciones de procesamiento ingresó al medio ambiente por fugas a través de rasgaduras y/o perforaciones en los revestimientos protectores de TSF, o por derrames de soluciones desbordantes de TSF (Hilson y Monhemius, 2006; Donato et al., 2007). Por ejemplo, en la mina Omai, la noche del 19 de agosto de 1995 en Guyana, se liberaron 2.9 millones de m³ de relaves de lixiviación con cianuro y aguas residuales debido al colapso de la presa de relaves, lo que contaminó el río Omai. Un desastre de escala similar ocurrió el 30 de enero de 2000 en Baia Mare, Rumania, donde se rompió una presa de relaves de lixiviación con cianuro, lo que resultó en la descarga de aguas residuales que contenían hasta 100 t de cianuro que finalmente llegaron al río Danubio (Hilson y Monhemius, 2006).

Impactos ambientales

Desde 1970, se han producido más de 70 fallas importantes de TSF en todo el mundo. Muchos de estos han resultado en daños a corto y largo plazo a los ecosistemas, un impacto significativo en las comunidades y, lo que es más grave, la pérdida de más de 1,000 vidas (ICOLD, 2001). Algunas implicaciones ambientales potenciales de los TSF incluyen:

ν Contaminación de arroyos por filtración de aguas ácidas con alto contenido de metales y otros rastros de reactivos (Adams, 2016);

ν Contaminación de arroyos debido a la escorrentía superficial del área TSF (Adams, 2016);

ν Contaminación del aire y el agua debido a la erosión eólica de relaves secos (Cacciuttolo, 2015b);

ν Posible riesgo de falla catastrófica de presas o fugas revestidas y liberación de desechos (ICOLD, 2001);

ν Modificación física y estética del entorno (Diaby et al., 2006);

ν Dificultad de establecer cobertura vegetal para estabilizar permanentemente los relaves, debido a las condiciones desfavorables del suelo en presencia de relaves piríticos (Diaby et al., 2006);

ν A menudo, la eliminación en lagos profundos o en el mar no ha sido una práctica aceptable (Cacciuttolo, 2015b).

Lecciones aprendidas de la historia de las instalaciones de plataformas de lixiviación en pilas

Casos de fallas en todo el mundo

Las preocupaciones ambientales asociadas con las instalaciones de lixiviación en pilas giran principalmente en torno a la incapacidad de contener las soluciones del proceso dentro del circuito de lixiviación en pilas y su posible liberación en el ambiente receptor de la superficie y el subsuelo, con los impactos resultantes en la salud de las personas, el ganado y los ecosistemas. En la mayoría de los casos de fallas de HLF, el cianuro de las operaciones de procesamiento ingresó al medio ambiente por fugas a través de punzonamiento y/o perforaciones en los revestimientos protectores de lixiviación en pilas (Reichardt, 2008).

Dos casos de fallas de LPF son relevantes para conocer y aprender: (i) La mina de oro Zortman- Landusky es un estudio de caso de los riesgos ambientales de la extracción de oro por lixiviación en pilas con cianuro y los impactos que estas operaciones pueden tener en las comunidades, el agua y los recursos culturales. La mina experimentó muchos problemas en la década de 1980, como derrames de cianuro y contaminación de las aguas superficiales y subterráneas por el drenaje ácido de la mina. Esta fue una de las primeras operaciones masivas de lixiviación en pilas con cianuro en abrir, así como una de las primeras en cerrar, dejando tras de sí importantes problemas de contaminación y limpieza (Hilson y Monhemius, 2006). Otro caso es el de la mina a cielo abierto Summitville, que operó entre 1985 y 1992 en Colorado, EE.UU., produjo oro a partir de mineral de baja ley utilizando técnicas de lixiviación en pilas con cianuro, un método para extraer oro mediante el cual la pila de mineral se rocía con agua que contiene cianuro, que disuelve los diminutos granos. Los problemas ambientales en Summitville incluyeron aumentos significativos en el drenaje ácido y rico en metales del sitio, fugas de soluciones que contienen cianuro de la plataforma de lixiviación en pilas a un sistema de drenaje subterráneo (diseñado para atrapar soluciones que contienen oro y cianuro que se filtraron a través del revestimiento debajo de la pila), y varias fugas superficiales de soluciones que contienen cianuro en el Wightman Fork del río Alamosa. El operador de la mina había cesado la actividad minera y había comenzado la remediación ambiental, incluido el tratamiento de la pila de lixiviación y la instalación de una planta de tratamiento de agua, cuando se declaró en quiebra en diciembre de 1992 y abandonó el sitio de la mina (USGS, 1995; Breitenbach, 2000).

Impactos ambientales

Los desechos sólidos de minería se almacenan comúnmente en pilas (LPF) alrededor o cerca de los sitios mineros. Estas instalaciones de almacenamiento permiten la contención física de los desechos mineros, pero no pueden evitar por completo los problemas ambientales. El aire y el suelo pueden contaminarse por la generación y dispersión de polvo, y las aguas subterráneas y superficiales pueden hacerlo por posibles fugas en base a LPF.

Para el caso de la solución de cianuro liberada en LPF de pilas de oro, esta no se considera una toxina persistente; sin embargo, es un veneno mortal en altas concentraciones, lo que representa una grave amenaza para la salud de una amplia gama de entidades ecológicas. De hecho, la afirmación de que el cianuro no es persistente y no genera problemas crónicos de salud o ambientales es algo engañosa (Hilson y Monhemius, 2006). El ion CN-, que es omnipresente en la naturaleza, tiende a reaccionar rápidamente con innumerables agentes químicos y moléculas para formar cientos de compuestos diferentes, muchos de los cuales son letales para los organismos (Donato et al., 2007). Para determinar la persistencia y toxicidad de la sustancia, los químicos han distinguido tradicionalmente los complejos de cianuro "débiles" de los "fuertes". Los complejos de cianuro débil, a menudo denominados "ácido disociable débil" o cianuro WAD, se descomponen y liberan iones de cianuro libres cuando se reduce el pH. El cianuro WAD incluye complejos de cianuro de cadmio, cobre, níquel, plata y zinc, todos los cuales pueden disociarse en condiciones ácidas y producir cantidades significativas para el medio ambiente de iones de cianuro tóxicos. Los complejos de cianuro fuerte son más estables que el cianuro WAD, por lo que se degradan mucho más lentamente en condiciones naturales. Estos incluyen complejos de cianuro que contienen oro, cobalto y hierro, que son más estables en solución. La toxicidad del cianuro varía, siendo el cianuro libre el más tóxico y los complejos de cianuro menos o no tóxicos (Hilson y Monhemius, 2006; Adams, 2016).

Mejora de la gestión ambiental de la mina en relaves y pilas de lixiviación

Gestión de agua y recuperación de reactivos del proceso metalúrgico

Con el interés de garantizar la protección del medio ambiente y la salud pública, así como la conservación del agua, las geomembranas y los geosintéticos se utilizan cada vez más en la construcción de TSF para evitar la migración de contaminantes a las aguas superficiales y subterráneas, y así maximizar la recuperación de agua de proceso. Esta recuperación es especialmente importante en proyectos mineros de oro y cobre ubicados en zonas secas donde generalmente se obtiene un balance hídrico negativo. Los metales asociados con el mineral de oro y el de cobre a menudo se concentran en residuos de metales pesados, sulfatos y trazas de reactivos, además del pH extremo de los líquidos de proceso, han promulgado estándares cada vez más estrictos con respecto al nivel de contención de TSF y LPF (Adams, 2016).

Gran parte del material de mineral y los desechos generados durante el proceso de lixiviación pueden estar expuestos al medio ambiente, con un potencial de transporte de contaminantes (Márquez et al., 2004). Por ejemplo, un embalse de relaves mal diseñado podría provocar la falla de la presa o una brecha en el revestimiento. La liberación de solución de cianuro y relaves de un depósito puede ocurrir durante el deshielo y/o fuertes tormentas, a menos que las TSF estén diseñadas para contener el volumen adicional. Además, estos constituyentes pueden degradar las aguas superficiales y subterráneas, los suelos y/o la calidad del aire durante y después del proceso de lixiviación con cianuro. Las aves y otros animales que entran en contacto con el depósito de relaves y las pozas de retención también pueden estar contaminados (Donato et al., 2007). La principal amenaza de contaminación durante y después de la lixiviación con cianuro es la liberación de cianuro y/o soluciones que contienen metales solubles en las aguas superficiales y subterráneas (U.S. EPA, 1997a).

Estabilidad física

El desempeño histórico de estabilidad de taludes de las estructuras de pilas revestidas con geomembrana se relaciona principalmente con el lado en dirección aguas abajo de la pila en la base de la plataforma revestida. Hasta la fecha, no se conocen fallas en taludes de pilas en el lado ascendente de las plataformas revestidas. Las fallas de taludes pasadas en estructuras de relleno revestidas con geomembrana, tales como vertederos de desechos sólidos, pilas de lixiviación y tapas de relleno de cobertura, han demostrado que los deslizamientos inducidos por el revestimiento generalmente ocurren en el contacto plano de la interfaz del revestimiento de la geomembrana con materiales más débiles del revestimiento inferior o superior (Breitenbach, 2000).

El desempeño histórico de las estructuras de relleno en los sistemas de revestimiento de geomembrana indica que las fallas por deslizamiento de la cuña traslacional (movimiento lateral) generalmente ocurren a lo largo del contacto de la interfaz del revestimiento plano con suelos o materiales geosintéticos. Sin embargo, las fallas de taludes de lixiviación en pilas difieren de las fallas de rellenos sanitarios en que la falla de taludes generalmente ocurre durante las operaciones iniciales de colocación de levantamiento de pilas de mineral, en lugar de las alturas de elevación de relleno de pilas más altas. Las únicas excepciones para rellenos más altos, tanto en pilas de lixiviación revestidas como en rellenos sanitarios, incluyen condiciones de cimentación débiles debajo de la instalación revestida o condiciones hidráulicas excesivas dentro de los materiales de contención sobre el sistema de revestimiento (Breitenbach, 2000; Thiel y Smith, 2004).

Hoy en día, la estabilidad física de TSF y LPF es una necesidad prioritaria. Teniendo en cuenta las condiciones extremas específicas del sitio, el clima seco con la temporada de lluvias, la topografía montañosa abrupta, las condiciones sísmicas complejas, las limitaciones ambientales de la comunidad y un marco regulatorio estricto, las nuevas tecnologías y los diseños conservadores se han posicionado como una solución atractiva/efectiva para la gestión de residuos mineros (Cacciuttolo, 2015b).

Estabilidad de efluentes geoquímicos y mineros

Los TSF y las canchas de mineral lixiviado suelen contener fracciones de material de sulfuro que son vulnerables a la alteración, ya que entran en contacto con el aire y el agua meteórica. En ausencia de suficientes minerales neutralizantes como los carbonatos de calcio, se genera drenaje ácido de roca (ARD) (Tabra y Lange, 2014). El control y la mitigación de los desechos mineros ARD por sí solos se consideran uno de los principales desafíos ambientales que enfrenta la industria minera en todo el mundo (guía GARD, 2009).

La desintoxicación de efluentes de cianuro y el tratamiento de efluentes del proceso de cobre se han aplicado con mayor frecuencia en proyectos mineros para recuperar los reactivos del proceso y mejorar la calidad del agua de las áreas mineras en dirección aguas debajo de las cuencas. Por ejemplo, después de recuperar el oro de la solución de cianuro, la lechada de relaves de lixiviación se procesa para destruir el cianuro residual. El método de desintoxicación de cianuro más común es usar un circuito de destrucción de cianuro de aire con dióxido de azufre (SO₂) (comúnmente conocido como el proceso INCO) para reducir las concentraciones de cianuro antes de la descarga a la TSF. El proceso INCO se basa en la conversión de cianuros libres y WAD a cianato utilizando una mezcla de SO₂ y aire en presencia de un catalizador de cobre soluble a un pH controlado (Hilson y Monhemius, 2006). Por otra parte, la filtración generada por la oxidación natural de los minerales sulfurados y la disolución de los metales contenidos en los relaves se caracteriza por un pH bajo y un alto contenido de metales y sulfatos. En la mayoría de los casos, se requiere el tratamiento de la filtración recolectada como paso final para hacer que el agua sea apta para la descarga de acuerdo con las condiciones de una autorización de uso del agua, los objetivos de gestión de la cuenca y los requisitos de los usuarios río abajo. El tratamiento de la filtración se puede lograr por medio de métodos físicos, químicos y/o biológicos. La neutralización y precipitación con cal es la técnica más común utilizada en la industria minera para tratar el drenaje ácido de mina (AMD); sin embargo, este tratamiento suele ser ineficaz para la eliminación de manganeso y sulfato con el fin de cumplir con los estándares de calidad del agua (descarga y/o reutilización) (Tabra y Lange, 2014).

Casos exitosos en Perú de la gestión ambiental de la mina considerando manejo de relaves y pilas de lixiviación

Gestión ambiental en cabecera de cuencas hidrográficas considerando manejo de relaves mineros

Proyecto minero Antamina

La mina de cobre-zinc Antamina está ubicada en la cordillera de los Andes de Perú, en el departamento de Áncash, cerca de la ciudad de Huaraz, aproximadamente a 200 km al norte de Lima. Compañía Minera Antamina (CMA), una empresa peruana, propiedad de BHP Billiton, Noranda, Teck Cominco y Mitsubishi, opera el proyecto Antamina. La mina fue diseñada como una operación a cielo abierto, con camiones y palas. La mina y las instalaciones relacionadas se encuentran en elevaciones de 3,800 a 4,800 msnm. La mina recuperará aproximadamente 575 millones de toneladas de mineral y moverá 1,400 millones de toneladas de roca extraída durante una vida útil del proyecto de 24 años.

La operación de la planta concentradora produce 130,000 tpd de relaves y generará alrededor de 546 millones de toneladas de relaves. Estos se depositan en un depósito construido dentro de la cuenca de drenaje de la quebrada Huincush. El depósito fue creado con la construcción de una presa de enrocado que eventualmente alcanzará los 265 m de altura. La escorrentía de las áreas aguas arriba se desvían alrededor del embalse por medio de una serie de canales abiertos, tuberías y un túnel de 1,300 m de largo. Otros componentes de la instalación de manejo de relaves, incluyen las estructuras de toma de decantación (para crecidas), las tuberías de relaves, la balsa y tubería de agua de recuperación y la presa de suministro de agua dulce.

El clima en Antamina se caracteriza por estaciones húmedas y secas y temperaturas moderadas durante todo el año. Los patrones de precipitación son muy variables, la precipitación media anual se estima en el rango de 950 a 1,550 mm. El sitio está ubicado en los Andes altos de la placa sudamericana, que se caracteriza por fallas activas de deslizamiento normal y terremotos ampliamente distribuidos. Para el diseño se utilizó un valor máximo de diseño de aceleración del suelo de 0.48 g.

La presa de relaves proporciona contención para los residuos, así como un embalse para el agua de proceso para la planta concentradora. La presa se construye a partir de roca de mineral extraída en etapas durante la vida útil de la mina, alcanzando una altura máxima de 265 m.

La presa se construye con un paramento aguas arriba inclinado a 1.4H:1V y con un paramento aguas abajo inclinado a 1.5H:1V. El principal acceso de construcción a la presa está ubicado aguas arriba, lo que requiere que el material sea acarreado desde la cima de la presa para cada elevación. Los caminos de acarreo se construyen en la cara de aguas abajo para la construcción por etapas, lo que da como resultado que la cara de aguas abajo tenga una pendiente general más plana que 1.5H:1V.

La presa inicial se construyó como una presa de enrocado con cara de hormigón de 130 m de altura y se completó sustancialmente en abril de 2001. Se diseñó para proporcionar un embalse de agua de 15 millones de m³ para la puesta en marcha de la planta concentradora y para la contención de relaves durante los dos primeros años de funcionamiento. Los elementos de retención de agua de la presa de arranque son un paramento de hormigón armado conectado con inyecciones de grouting en la base de la presa y un plinto de hormigón armado anclado a una superficie de lecho rocoso.

La consolidación y las inyecciones de grouting del lecho de roca se han llevado a cabo a través del plinto para proporcionar un elemento continuo de baja permeabilidad que se extiende desde la cresta de la presa inicial hasta la profundidad máxima de la cortina de lechada (grouting).

El diseño incorpora un bordillo de hormigón moldeado en el lugar para proporcionar un apoyo uniforme a la cara de hormigón de la presa inicial. El bordillo de concreto también proporcionó protección contra la erosión para el filtro durante la construcción de la presa inicial. Por encima de la presa inicial, el bordillo de hormigón será el único elemento de revestimiento y la filtración a través de la presa se controlará manteniendo una amplia playa de relaves contra la presa.

Se desarrolla un plan de disposición de relaves durante la vida útil de la mina para demostrar que todos los relaves producidos podrían almacenarse dentro del embalse. El modelado se llevó a cabo suponiendo que la playa de relaves tendría una pendiente en el rango de 0.5 a 1% sobre el agua y de 5 a 10% bajo el agua. Las restricciones en el plan de deposición incluyen:

ν El decantador ubicado en el estribo derecho 500 m aguas arriba de la presa;

ν La balsa de recuperación de agua ubicada cerca del centro del embalse;

ν Un requisito mínimo de volumen de laguna de 7’000,000 m³ de agua;

ν La necesidad de una playa de relaves contra la presa;

ν La capacidad de proporcionar una cobertura inundada para al menos una parte de los relaves.

El plan de deposición implica la descarga desde el extremo norte del embalse durante los primeros tres años de operación para crear una amplia playa a lo largo de la presa. Después de esto, los relaves se descargan de los extremos norte y sur de la cuenca para mantener la laguna cerca del centro del embalse para el correcto funcionamiento de la balsa de recuperación de agua y el sistema de decantación. Cerca del final de la vida útil de la mina, el embalse será manejado para que el extremo sur se inunde para el cierre, y así quedará una playa de relaves frente a la presa.

La deposición de relaves comenzó a fines de mayo de 2001. Hasta la fecha, los relaves se han descargado desde la cresta de la presa y desde el estribo izquierdo de la presa hacia el embalse funcionando en óptimas condiciones.

Proyecto minero Cerro Verde

Sociedad Minera Cerro Verde S.A.A. (SMCV) opera una mina de cobre ubicada en el distrito de Uchumayo, provincia de Arequipa, departamento de Arequipa, en la parte sur del Perú a una elevación de 2,300 msnm. La mina Cerro Verde es una operación minera convencional a cielo abierto que emplea ciclos de minería tradicionales de perforación, voladura, carga y acarreo. La tasa de extracción promedio en la operación durante 2010 fue de 323,000 tpd.

Tres depósitos conocidos se encuentran en la concesión de Cerro Verde:

ν Yacimiento Cerro Verde;

ν Yacimiento Santa Rosa inmediatamente al sureste;

ν Yacimiento Cerro Negro 2 km al este.

Los tajos Cerro Verde y Santa Rosa contienen mineralización de óxido, sulfuro secundario y sulfuro primario. El tajo Cerro Negro contiene solo mineralización de óxido.

Los yacimientos de Cerro Verde contienen tanto cobre lixiviable (óxido y sulfuro secundario) como no lixiviable (sulfuro primario). Actualmente, el primero se procesa mediante lixiviación en pilas convencional (lixiviación por trituración, pila y pilas) seguida de extracción por solución y electro-obtención (SX-EW) para producir cátodos de cobre de alta calidad. El mineral no lixiviable se procesa en una planta concentradora con operaciones unitarias de chancado, molienda, flotación y filtración de concentrado de cobre.

El mineral sulfurado se entrega actualmente a una planta concentradora C1 a una tasa de 120,000 tpd. El mineral de lixiviación de mayor ley (mineral de trituración y lixiviación) se envía a una trituradora primaria a una tasa de 39,000 tpd. El mineral de lixiviación de menor ley se entrega mediante camiones de acarreo a una plataforma de lixiviación fuera de la mina (ROM) a tasas variables, dependiendo de la presencia de mineral ROM en el tajo. La tasa de producción promedio de ROM es de 32,000 tpd.

La expansión de la unidad de producción Cerro Verde implica la ampliación de las instalaciones para procesar el recurso de sulfuro más grande agregando nuevas estructuras de procesamiento de sulfuro, instalación de almacenamiento de relaves y servicios públicos, e infraestructura y componentes auxiliares asociados. La capacidad adicional del concentrador C2 es de 240,000 tpd.

Paralelamente al desarrollo de un nuevo concentrador para la expansión de la unidad de producción Cerro Verde, se desarrollará capacidad adicional de almacenamiento de relaves mediante la construcción de un nuevo depósito. Los relaves generados en la nueva concentradora se almacenarán en un sitio ubicado al sur de los tajos Cerro Verde denominado Quebrada Linga. El nuevo depósito de relaves está diseñado para almacenar aproximadamente 2 mil millones de toneladas de material de relave depositado a una tasa de 240,000 tpd. El depósito de relaves propuesto se construiría utilizando la tecnología aplicada en el depósito de relaves existente denominado Quebrada Enlozada que almacena los relaves del concentrador.

El material de relave del proceso se espesará y se enviará al depósito Quebrada Linga al sur de la nueva concentradora. Inicialmente, los relaves fluirán por gravedad durante aproximadamente 9 años y luego se requerirá un sistema de bombeo y una nueva línea para entregar los relaves hasta el último nivel de la presa. El depósito de relaves Quebrada Linga consta de una presa principal, dos auxiliares, un embalse de relaves, un sumidero de recolección de filtraciones, drenes subterráneos, un sistema de distribución y descarga, un sistema de recuperación de agua e instalaciones auxiliares asociadas.

Se construirá una presa inicial de relleno de roca de 160 m de altura con geomembrana en la cara aguas arriba de la presa, para el almacenamiento de relaves durante la operación inicial. La presa final de relaves se elevará continuamente mediante el método de construcción de línea central, alcanzando una altura final de 340 m.

Proyecto Minero Tambomayo

El proyecto Tambomayo está ubicado políticamente en el anexo de Punachica y Tocallo, distrito de Tapay, provincia de Caylloma, en el departamento de Arequipa. Se ubica a 54 km al suroeste del distrito de Caylloma y a 100 km al este de la mina Paula, a una altitud entre 4,700 y 4,900 msnm.

Tambomayo es un depósito polimetálico epitermal- mesotérmico en vetas de oro y plata con metales base en ganga de cuarzo, emplazado en volcánicas andesíticas del Terciario. El oro se encuentra en su estado nativo, mientras que la plata se encuentra en sulfuros y sulfosales acompañados de galena y esfalerita. Hay dos sistemas de vetas principales: Mirtha, con orientación NW-SE, y Paola, con orientación N-NE.

El proceso metalúrgico de Tambomayo consiste en chancado primario, molienda fina, gravimetría y cianuración en tanques para obtener una solución rica en oro y plata para ser procesada en la planta de Merril Crowe (precipitación de zinc). El precipitado se seca y se funde obteniendo barras de doré (oro y plata). Los relaves producidos de cianuración ingresan al proceso de flotación, de donde se obtienen concentrados de plomo-plata y zinc-plata.

La producción promedio de relaves para espesar, filtrar y depositar es de 1,500 tpd provenientes de la descarga del espesador de relaves de la planta de proceso.

Se considera el uso de bombas de pulpa a una concentración en peso del 50%, ubicadas en el área del espesador de relaves que alimenta la planta de filtrado que considera dos filtros prensa (viene del sistema de destrucción de cianuro y va al distribuidor de relaves), la planta de filtrado considera los sistemas de lavado de telas, el sistema de compresión de membranas y el transporte por camiones de los relaves filtrados al depósito de relaves (incluye el sistema de lavado de llantas de camiones) a la salida de la planta de filtrado. Los relaves filtrados son transportados por camiones al área de depósito de relaves, la cual será revestida con materiales de geomembrana geosintética en toda su base. Una vez depositados los relaves filtrados en el depósito, serán esparcidos en capas de 30 cm y posteriormente compactados con un rodillo vibratorio tipo tambor de 10 toneladas.

El depósito de relaves filtrados, a través de un sistema de drenaje, recolecta y dirige las aguas que se generan a través del secado de los relaves que previamente fueron filtrados a través de los filtros prensa, el porcentaje de humedad que queda en el remanente de esta operación varía entre 8 a 14% de humedad, siendo un porcentaje de agua filtrada que representa entre 80 a 140 litros de solución por cada tonelada métrica, si este es el caso, esta cantidad de agua se filtrará por el sistema de drenaje y se almacenará en esta piscina para su almacenamiento y posterior tratamiento.

Gestión ambiental en cabecera de cuencas hidrográficas considerando manejo de pilas de lixiviación

Proyecto minero Lagunas Norte

La mina Lagunas Norte está ubicada en el norte del Perú en el distrito de Quiruvilca, provincia de Santiago de Chuco, departamento de La Libertad, aproximadamente a 130 km al este de Trujillo por carretera y 11 km al noreste del pueblo de Quiruvilca. Ubicada en la cordillera occidental de los Andes peruanos, se encuentra a una elevación de aproximadamente 4,150 msnm.

El depósito consiste en un yacimiento de mineral de plata y oro, muy diseminado y de baja ley, que se encuentra intercalado con mantos de carbón y lutitas carbonadas, como areniscas, lodositas, litologías volcánicas que contienen material sulfuroso con contenido de oro. La mina Lagunas Norte se inició en el 2005 y es a tajo abierto que mediante un proceso de lixiviación y Merril-Crowe recupera oro y plata como productos principales, y mercurio como subproducto.

El plan de minado consideró extraer del tajo un total de 266 millones de toneladas (Mt) de material, de los cuales 116 Mt corresponden a mineral y 150 Mt a desmonte, es decir una relación desmonte/mineral de 1.3 en promedio.

La mina Lagunas Norte inicio el procesamiento de mineral a razón de 42,000 tpd, pero este ritmo se incrementó hasta 63,000 tpd. La operación consta de una mina a tajo abierto, pilas de lixiviación, botaderos de desmonte de material de mina, instalaciones de procesamiento metalúrgico para recuperar oro, y productos secundarios como plata y mercurio, e infraestructura minera auxiliar. El promedio del plan de producción anual estimado es de 472,777 onzas (oz) de oro y 391,666 oz de plata.

El procesamiento del mineral tipo óxidos comprende una pila de lixiviación y una planta de precipitación usando el proceso Merril Crowe para la recuperación de oro y plata como productos principales. El procesamiento de los minerales de tipos sulfurosos y carbonosos incluye la lixiviación en pilas, que se procesan en determinadas zonas de las pilas de lixiviación dependiendo de la composición y de la respuesta metalúrgica de estos.

Entre los nuevos componentes que se construirán se tiene una nueva pila de lixiviación (NPL) que tendrá una capacidad aproximada de 100 millones de toneladas y ocupará un área estimada de 120 Ha. Esta NPL se construirá en cuatro fases.

Por lo tanto, la mina Lagunas Norte operará con dos pilas de lixiviación, la pila de lixiviación actual (PLA) y la NPL. Antes del inicio de funcionamiento de la NPL se construirán y operarán también nuevas pozas para el manejo de la solución rica y para grandes eventos de precipitación pluvial. Estas pozas tendrán una capacidad de 300,000 m³ y 600,000 m³, respectivamente.

Un sistema de revestimiento compuesto es instalado en la base de las pilas de lixiviación para contener las soluciones del proceso. El sistema de revestimiento de la pila de lixiviación actual consta de lo siguiente mencionado de arriba hacia abajo: (i) una geomembrana de LLDPE de 2 mm de espesor, (ii) una capa de arcilla compactada de 0.3 m o Geosyntethic Clay Liner (GCL) y (iii) una red de sub-drenes inferiores que tienen como finalidad drenar el agua subterránea poco profunda por debajo de la pila. La base de la pila de lixiviación ha sido nivelada de manera tal que proporcione un drenaje positivo hacia la poza de solución enriquecida de lixiviación (PLS). Para proteger la geomembrana contra el punzonamiento y rasgaduras se instalará una cobertura de material de sobre-revestimiento de 500 mm de espesor. El sistema de colección de solución de las pilas de lixiviación consistirá en la instalación de tuberías laterales perforadas de HDPE de pared doble de 100 mm de diámetro y tuberías de colección principal perforada de HDPE de pared doble de 300 mm y 450 mm de diámetro.

Una poza de solución rica (PLS) es proyectada con revestimiento compuesto de doble geomembrana y sistema de detección de fugas. El propósito de la poza PLS es contener la solución rica para bombearla a la planta de proceso Merril Crowe. Una poza de rebose o grandes eventos (poza de reboses de emergencia) se ubica aguas debajo de la poza PLS. Esta poza de rebose posee un revestimiento compuesto de doble geomembrana idéntico a la poza PLS con sistema de detección de fugas. También se proyectan canales de derivación perimetrales para recolectar aguas de no contacto alrededor de la pila de lixiviación.

Faldones para lluvia (raincoats) o “cubiertas impermeables” son proyectadas con el fin de cubrir áreas inactivas de la pila de lixiviación y desviar el agua de precipitación pluvial hacia una poza de control (poza raincoat) y/o hacia la poza de rebose de agua de proceso, con el objeto de minimizar el ingreso de agua a la pila.

Finalmente, la solución rica es bombeada desde las pozas PLS hacia las plantas de procesamiento: Merrill Crowe y Carbón en Columnas (CIC).

Proyecto minero Yanacocha

Políticamente, el complejo minero Yanacocha se encuentra ubicado en los distritos de Cajamarca, Baños del Inca y La Encañada, en la provincia de Cajamarca y región del mismo nombre, a una distancia de aproximadamente 20 km al norte de la ciudad de Cajamarca y a 583 km de la ciudad de Lima (distancias en línea recta). Geográficamente, el proyecto se encuentra ubicado en la subcuenca de la quebrada Honda, perteneciente a la intercuenca Alto Marañón IV; en las subcuencas del río Chonta y del Mashcón, pertenecientes a la cuenca Crisnejas, y en la subcuenca del río Rejo, perteneciente a la cuenca Jequetepeque, a una altitud que varía entre los 3,600 y 4,200 msnm. El acceso al proyecto es por carretera asfaltada desde la ciudad de Cajamarca, por unos 37 km al norte de esta.

Las operaciones de Yanacocha se componen de seis minas a cielo abierto, cinco áreas de almacenamiento de roca estéril, cuatro áreas de instalaciones de lixiviación en pilas revestidas con geomembrana, cuatro instalaciones de descarga y almacenamiento de cianuro, red integral de canales pluviales y pozas de sedimentación, edificio de administración, planta de tratamiento de drenaje ácido de roca, siete módulos de ósmosis inversa en Yanacocha (250 m³/h cada uno) y cinco plantas de tratamiento de excedentes (dos en Carachugo y tres en Yanacocha), dos plantas de carbón, plantas de recuperación de metales preciosos y dos plantas de procesamiento de Merrill Crowe. Las instalaciones auxiliares requeridas para la operación minera incluyen oficinas y edificios de administración, laboratorios, almacenes, talleres de mantenimiento, instalaciones de emergencia, distribución de energía eléctrica, suministro de agua, caminos, tanques de almacenamiento de combustible y reactivos, estructuras de drenaje y áreas de almacenamiento de explosivos.

Los tajos abiertos se han desarrollado mediante métodos de minería convencionales utilizando camiones y cargadores para extraer el mineral aurífero. Los residuos son transportados por camiones a áreas adyacentes de almacenamiento de roca estéril diseñadas específicamente para este propósito. El mineral se mezcla con cal y se coloca en las instalaciones de lixiviación en pilas en camión. La solución de cianuro diluido (que oscila entre 30 y 50 mg/L de cianuro libre) se aplica mediante riego por goteo y aspersión a la superficie de lixiviación en pilas.

Las operaciones de Yanacocha se dividen en cuatro áreas principales conocidas como (de oeste a este): (i) La Quinua, (ii) Yanacocha Norte, (iii) Pampa Larga (las instalaciones de lixiviación adyacentes a las instalaciones de proceso de Pampa Larga se conocen como plataforma de Carachugo) y (iv) Maqui Maqui. Las cuatro instalaciones de lixiviación en pilas en Yanacocha están todas construidas con componentes similares que incluyen revestimiento con geomembrana, pozas operativas para la recolección de solución de lixiviación cargada (PLS), dos pozas de eventos menores para recolectar y almacenar agua pluvial relacionada con un período de 100 años, para una tormenta de 24 horas. Todas las instalaciones de lixiviación en pilas están construidas con sistemas de drenaje subterráneo para recolectar y transportar aguas subterráneas poco profundas. Los flujos del drenaje inferior se recolectan en sumideros para identificar y controlar cualquier fuga de solución de proceso. Las pozas de operaciones en cada instalación de lixiviación en pilas están construidas con revestimientos de geomembrana triple con dos sistemas de recolección y recuperación de fugas (LCRS). Las pozas de operación contienen PLS con concentraciones de cianuro WAD por debajo de los niveles tóxicos para la vida silvestre y el ganado.

Comprender y administrar el balance hídrico del proceso es una función crítica en Yanacocha debido a la precipitación relativamente alta que ocurre en una estación lluviosa bien definida. Yanacocha ha integrado el proceso de gestión del agua entre las cuatro unidades operativas separadas al interconectar las diferentes pozas de proceso operativos y plantas de procesamiento con tuberías. Yanacocha cuenta con un monitoreo de agua de última generación que incluye un sistema automatizado de flujo y nivel en tiempo real y telemetría para reportar la información cada hora al Grupo de Gestión del Agua dentro del departamento de Procesos. El sistema permite la recopilación de datos en tiempo real de los estanques de proceso, las tasas de lixiviación, las tasas de recirculación, las tasas de flujo de las bombas interoperativas y los datos climáticos de las cuatro estaciones meteorológicas. El sistema es monitoreado y evaluado por un Grupo de Gestión del Agua de tiempo completo dentro del departamento de Procesos que notifica cualquier cambio potencial requerido en la gestión del agua. Todos los cambios en las tasas de flujo del agua de proceso deben ser revisados por el Grupo de Gestión del Agua para evitar la posibilidad de desbordamiento. Yanacocha tiene la capacidad de transmitir soluciones de proceso entre las cuatro operaciones, lo que les permite equilibrar de manera más efectiva su uso del agua.

Yanacocha ha desarrollado e implementado un programa integral de balance de agua de proceso que incluye monitoreo y actualizaciones periódicas para rastrear y planificar las actividades de gestión del agua. Para manejar el balance hídrico positivo durante la temporada de lluvias, Yanacocha opera cinco Plantas de Tratamiento de Agua Excedente (EWTP) para destruir el cianuro y remover metales. Las plantas están ubicadas en Yanacocha Norte (tres) y Pampa Larga (dos). El agua tratada es conducida a la poza de amortiguamiento ubicada en Pampa Larga para su monitoreo previo a la descarga al embalse Quebrada Honda, Quebrada Ocuchomachay o San José. Las EWTP utilizan un sistema de tratamiento de múltiples pasos que incluye cloración alcalina para la destrucción del cianuro, sulfuro de hidrógeno para la precipitación de metales y adición de cloruro férrico para el abatimiento. La ósmosis inversa funciona como un sistema independiente de las EWTP, donde solo se necesita una cloración adicional para neutralizar las concentraciones de CN. Yanacocha Norte también tiene una planta de tratamiento de agua ácida para gestionar el drenaje ácido de las instalaciones de agua de la mina.

Proyecto minero Cuajone

La unidad productiva Cuajone se ubica en el distrito de Torata, provincia de Mariscal Nieto, departamento de Moquegua, cuyas instalaciones se distribuyen en plataformas que van desde 2,600 a 3,500 msnm de altitud.

Cuajone tiene una vía asfaltada de 33 km que une con la ciudad de Moquegua y a 25 km de la mina Toquepala. La distancia total que separa con el puerto de Ilo es de 135 km de tránsito carretero por la vía Binacional.

El tajo abierto de Cuajone se encuentra localizado al sur del río del mismo nombre, en sus alrededores se encuentran por el norte el depósito de desmonte de mina Torata Este y el depósito de desmonte de mina Torata Oeste. Por la zona este, se ubica el depósito de desmonte de mina Cuajone Este, por el oeste el depósito de desmonte de mina 1-5 y por el sur está el depósito de desmonte Cocotea Oeste y el depósito de desmonte de mina Cocotea Este.

El tajo abierto de Cuajone es de forma casi circular en su perímetro, midiendo aproximadamente 8.4 km de diámetro en la etapa de cierre final. El nivel más alto está a 3,850 msnm en la pared sur de la mina. La explotación de la mina se realiza mediante el método de ampliación de la pared del tajo (pushback), con lo cual se amplía en una secuencia de cortes con pala mecánica comenzando por los bancos más altos y continuando secuencialmente hasta llegar a los bancos más bajos.

De acuerdo con el plan de vida de la mina al 2022, se estima una vida útil hasta 2080, con una reserva de mineral proyectada de 10’149,090 t con ley de Cu de 0.31% y una ley de Mo de 0.012%.

Las instalaciones de procesamiento de Cuajone están comprendidas por los siguientes componentes: sistema de transporte de minerales por fajas, planta concentradora para tratamiento de minerales sulfurados de cobre y sistema de lixiviación en pilas para tratamiento de minerales oxidados.

El sistema de lixiviación se ubica aproximadamente a 5 km al este del tajo Cuajone y a 3,475 msnm en el lado este de la planta concentradora. El sistema integrado de lixiviación comprende instalaciones tanto en la unidad Cuajone como en Toquepala. Los componentes principales de este sistema son:

ν Una línea de chancado para reducir el mineral a una granulometría 80% menor de 12.5 mm y un tambor aglomerador.

ν Pad de lixiviación permanente debidamente impermeabilizado, con capa de arcilla de 30 cm, capa de geotextil, capa de geomembrana de HDPE, y capa de sobre refuerzo de arena de 30 cm.

ν Sistema de manejo de PLS que incluye represas impermeabilizadas, destinadas a la colección de la solución rica.

ν Sistema de conducción de PLS a la estación de bombeo Cimarrona (ubicada fuera de la unidad) para posteriormente ser enviada a la planta de electro-obtención y extracción por solventes (SX-EW) de Toquepala.

ν Sistema de suministro de agua: que comprende una tubería proveniente del reservorio Viña Blanca con capacidad de aprovisionamiento suficiente para satisfacer los requerimientos de las principales instalaciones mineras (pad de lixiviación).

Las pilas de lixiviación son construidas con material de mineral chancado y aglomerado por volquetes mineros y luego esparcido con uso de bulldozer formando terrazas de 2.5 m de altura. Luego se instala el sistema de riego por tuberías y aspersores. El riego de solución de agua con ácido sulfúrico se realiza a una concentración de 10 g/litro.

Todas las soluciones lixiviadas que percolan a través de la pila son recolectadas por el sistema de impermeabilización basal y por las tuberías de drenaje, las cuales conducen la solución rica a una poza también revestida con geomembrana.

La instalación de la pila de lixiviación consta de una plataforma de doble revestimiento con geomembranas de polietileno de alta densidad (HDPE) en el fondo de un valle, que se extiende 10 m hacia arriba de las paredes del valle, que actúa como un sistema de detección de fugas y un sistema de un solo revestimiento en el resto del área. Los revestimientos se colocaron sobre una línea de suelo compactado de 30 cm de espesor. El sistema de recolección de la solución consta de una tubería de HDPE perforada de 100 mm de diámetro que se alimenta a tuberías de HDPE sólidas más grandes de 300 mm que a su vez fluyen hacia la poza de PLS.

Conclusiones: integración de lecciones aprendidas de relaves y pilas de lixiviación

Paradigma actual

El estado del arte presentado en este artículo nos lleva a inferir que el enfoque de desarrollo y progreso se ha centrado en la racionalidad económica con signos incipientes de evolucionar hacia una redefinición de criterios de una racionalidad socio-ambiental. Las contradicciones entre la racionalidad socio-ambiental y la racionalidad económica son una confrontación de intereses opuestos enraizados en estructuras institucionales, paradigmas de conocimiento y procesos de legitimación que enfrentan diferentes agentes, clases sociales y grupos opuestos de preferencias (Reichardt, 2008; Cacciuttolo, 2015b).

Las ineficiencias en la caracterización de minerales, extracción, procesamiento, etc. generan pérdidas de metales a lo largo de la vida de la mina, desde la exploración hasta el cierre. En todos los casos, varios factores (mineralógicos, tecnológicos, de gestión, etc.) marcan la diferencia entre el mineral y el desecho y, por lo tanto, determinan la cantidad, la composición de los legados mineros y la contaminación ambiental (Dold, 2008).

La situación en los países con historia minera donde esta actividad tiene importancia económica existe un conflicto entre la salud ambiental y el desarrollo económico que generalmente favorece al segundo como consecuencia del modelo geopolítico y económico. Como resultado, existe un conflicto por el uso del territorio y los recursos hídricos, donde la sociedad, la industria y el gobierno necesitan de este espacio para desarrollar sus actividades (Cacciuttolo, 2015a, Cacciuttolo, 2015b).

Por estas razones, los marcos regulatorios necesitan una reevaluación para actualizar los procesos con las mejores prácticas disponibles en la actualidad, con el objetivo de establecer lineamientos, restricciones e incentivos para implementar soluciones ambientalmente amigables, por ejemplo, analizar la factibilidad de revestir las instalaciones de almacenamiento de relaves (U.S. EPA, 1997b). A continuación, se presentan algunos temas que necesitan una reevaluación:

ν Definición o redefinición de criterios ambientales para la selección de sitios de TSF y LPF;

ν Incentivos/restricciones para el uso de tecnologías de deshidratación, como relaves espesados, en pasta y filtrados, cuando corresponda;

ν Obligación de cubrir con liner toda la superficie de contacto entre los relaves y el terreno natural, para evitar fugas o filtraciones al medio ambiente a largo plazo, tanto para relaves de cobre como de oro;

ν Definición y distinción explícita en marcos regulatorios sobre diferencias entre pad de lixiviación con soluciones de ácido sulfúrico y pad de lixiviación con soluciones de cianuro, presentando restricciones y licencias;

ν Definición y distinción explícita en los marcos regulatorios sobre las diferencias entre el manejo de relaves del proceso de flotación y el manejo de relaves del proceso de lixiviación con cianuro, presentando restricciones y licencias;

ν Caracterización geoquímica continua, predicción y especificaciones de mitigación, pruebas y criterios para TSF y LPF y promoción del monitoreo a largo plazo;

ν Operación de TSF y LPF y línea base abandonada para análisis de riesgo y planificación estratégica territorial. El enfoque en la legislación de seguridad de relaves y minerales lixiviados, el marco regulatorio y las pautas específicas deben evolucionar hacia la administración de TSF y LPF, como el código de gestión de cianuro (ICMI, 2016).

El desarrollo actual de un incipiente progreso de las mejores tecnologías disponibles (MTD) y un enfoque holístico ha permitido la evolución de un primer paso de prácticas sostenibles, que ha logrado beneficios tales como: (i) reducción del suministro de agua de reposición, (ii) reducción de riesgos de falla en zonas sísmicas, mejorando así la estabilidad física de los TSF y LPF, (iii) maximizar la recuperación de agua, (iv) obtener una menor huella de TSF y LPF, (v) y un control efectivo del polvo, todo lo cual redujo los impactos ambientales negativos.

Paradigma futuro

Los beneficios alcanzados con el desarrollo de las mejores tecnologías disponibles (MTD) son una buena razón para promover el cambio de TSF y LPF convencionales a soluciones alternativas ecológicas para grandes operaciones mineras nuevas o existentes. Cada día se acepta más el despliegue de MTD como soluciones sostenibles (Lébre y Corder, 2015; Cacciuttolo, 2015b; Cacciuttolo y Holgado, 2016).

Un nuevo paradigma establece que los antiguos depósitos de desechos mineros relacionados con actividades mineras y metalúrgicas pueden considerarse como recursos y reservas significativas de metales valiosos porque estos últimos no fueron explotados o porque pueden permanecer metales económicamente recuperables. Los países pueden identificar depósitos de desechos mineros antiguos interesantes a nivel nacional y evaluar el potencial de recuperación de metales. Como primer paso, debe centrarse en la rehabilitación de sitios anteriores. El objetivo es desarrollar una metodología que combine la gestión ambiental y la valorización económica de los residuos mineros en una perspectiva a largo plazo que promueva el desarrollo sostenible (Bellenfant et al., 2013).

Un nuevo modelo potencial de solución sostenible, considera una Gestión de Residuos Preventiva y Orientada a la Recuperación (Lébre y Corder, 2015), en la que ningún material está expuesto sin control del material depositado y los posibles flujos de elementos (Figura 11). El material es clasificado, registrado y extraído con el fin de optimizar la ganancia económica para la empresa minera durante la operación y asegurar que el material de baja y muy baja ley sea manejado en términos de la cinética necesaria para la recuperación del metal. La gran diferencia en este escenario es que las generaciones futuras no recibirán como herencia un problema ambiental extremadamente costoso, sino un sistema que entregará beneficios netos lentos, pero seguros. Por lo tanto, en la planificación y operación de una mina se debe aplicar un enfoque interdisciplinario completo, desde el proceso de exploración, planificación económica, explotación y recuperación de metales hasta la deposición final de materiales (Dold, 2008; Lébre y Corder, 2015). Esto requiere actualizar los procesos mineros actuales a procesos sostenibles que consideren suministros verdes, reactivos menos tóxicos para el medio ambiente y los humanos, el tiempo del ciclo de vida y los efectos en las escalas espaciales geográficas como lo son las cuencas.

Por lo tanto, brindar acceso a largo plazo a los recursos minerales disponibles requiere un mayor enfoque en la minería sostenible, tanto en la investigación de tecnología de procesamiento y minería ambientalmente racional, como en los aspectos sociales y económicos (Dold, 2008; Lébre y Corder, 2015). Para contrarrestar el aumento constante de la demanda mundial de recursos minerales primarios y reducir los impactos sociales y ambientales negativos asociados con esta demanda, es necesario aumentar la eficiencia en los procesos de fabricación, buscar nuevas materias primas sustitutas y reciclar más los materiales de manera más amplia y efectiva, a través de innovaciones tecnológicas (Edraki et al., 2014). El reprocesamiento de residuos mineros, al priorizar aquellos con impactos ambientales agudos, es una forma de mejorar la recuperación de metales mientras se protege al ser humano y al medio ambiente (Bellenfant et al., 2013).

Agradecimientos

El autor agradece al comité organizador de PERUMIN 35 por la posibilidad de presentar el presente trabajo técnico y también agradece a la Universidad Católica de Temuco por el financiamiento brindado.

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