Optimizando manejo de tranques y botaderos

El drenaje ácido es un fenómeno que se origina cuando minerales que contienen sulfuros metálicos entran en contacto con el oxígeno, agua y bacterias. Ante nuevos desafíos, producto de expansiones de faenas mineras, también surgen nuevas soluciones para su manejo.

Es un proceso latente y silencioso. Puede ser prevenido y controlado, sin embargo, frente a un descuido provoca grandes impactos en el entorno y sus secuelas pueden perdurar durante décadas.

Las aguas ácidas son generadas debido a un fenómeno denominado “drenaje ácido”, el que a su vez es originado cuando minerales que contienen sulfuros metálicos, entran en contacto con el oxígeno, agua y bacterias, como la thiobacillus ferrooxidans. Sus principales fuentes de generación por intervención humana son los botaderos y depósitos de relaves en fase de cierre, cuando el drenaje escurre hacia aguas superficiales o desciende al nivel freático.

Entre los principales impactos que puede generar el drenaje ácido se encuentran el daño a los sistemas acuáticos; inhibir el crecimiento de las comunidades vegetales; afectar la calidad de las aguas superficiales y subterráneas y acuíferos poco profundos, hecho que perjudica a las comunidades locales ya que les impediría utilizar estos recursos hídricos para su consumo personal o riego.

En la publicación “Aguas ácidas: formación, predicción, control y prevención”, el Dr. Bernhard Dold, docente del departamento de Geología de la Universidad de Chile, explica que un depósito de relaves en buenas condiciones se caracteriza por estar complemente saturado (presencia de agua) durante su operación, lo cual impide el ingreso del oxígeno, y con ello la oxidación.

Sin embargo, cuando dicha estructura finaliza sus operaciones, el recurso hídrico que está presente comienza a evaporarse, y con esto hace ingreso del oxígeno produciendo el drenaje ácido debido a la oxidación del material. “Cuando finaliza la vida útil de un depósito de relaves, baja el nivel freático y se forma una zona no saturada donde el 21% de oxígeno, en combinación con la presencia de agua, puede iniciar la oxidación de los sulfuros”, detalla Bernhard Dold.

En el caso de los botaderos, el proceso de formación del drenaje ácido es mucho más rápido, en comparación con los depósitos de relaves. Carmen Gloria Dueñas, jefe del área de Análisis Ambiental de Fundación Chile, explica que estas estructuras presentan diversos conductos y su granulometría es mucho más gruesa, por lo cual el oxígeno tiene más fácil acceso a los sulfuros, y con ello la velocidad del proceso cinético de oxidación es más veloz.
Los botaderos se caracterizan por presentar una composición mineralógica heterogénea, a diferencia de los depósitos que son más homogéneos debido a los procesos de chancado, molienda y flotación.

Con respecto a la prevención y control del fenómeno en ambos tipos de disposición de residuos, el docente de la Universidad de Chile, recomienda que se deben comprender los parámetros controladores en la generación del drenaje ácido.

El parámetro principal es la composición mineralógica del material, el cual se divide entre el potencial para producir acidez (PA) y el potencial para neutralizar la acidez (PN). El PA está integrado por sulfuros (calcopirita, pirita, calcosina, entre otros); sulfatos y metales que pueden hidrolizarse. En el caso del PN, está compuesto por carbonatos y silicatos.

“La relación entre el PA y PN, junto con la accesibilidad de los sulfuros a la oxidación, decide si se va a desarrollar un ambiente geoquímico ácido o neutro, y con ello la movilidad de los elementos liberados”, precisa el docente y agrega que será el clima el que determinará la dirección de escurrimiento de los compuestos. Por ejemplo, en un clima húmedo, los minerales se desplazarán hacia abajo- ambiente reductor- y en el caso de un clima más árido hacia la superficie- ambiente más oxidante-.

Geotest: La muestra con realidad nacional
La jefa de área Análisis Ambiental de Fundación Chile, Carmen Gloria Dueñas, explica que, en el marco del Programa Nacional para la Gestión del Drenaje Ácido (DAZA), trabajaron en el desarrollo de una metodología que les permitiera predecir este fenómeno de acuerdo a las condiciones del país.

Carmen Gloria Dueñas afirma que “cuando efectuamos este estudio nos dimos cuenta de que la mayoría de los test de predicción del drenaje ácido se encontraban basados en las realidades de Estados Unidos y Canadá, países que poseen un clima más lluvioso, a diferencia de Chile”. Y agrega que “nuestra climatología es muy diversa a lo largo del territorio, y gran parte de las faenas mineras se encuentran ubicadas en la zona norte”.

Junto con utilizar las pruebas estándares de laboratorio, la gerencia de Agua y Medio Ambiente comenzó a desarrollar una tecnología que permitiera la aplicación de test geoquímicos in situ para evaluar el comportamiento de los residuos y validar las medidas de prevención y control, hecho que constituye un desafío de escala para los especialistas de Fundación Chile.

“De acuerdo con nuestros análisis, la operación de una faena funciona sin un input ambiental lo cual significa que si logramos caracterizar correctamente los residuos mineros, las unidades geoquímicas presentes en un yacimiento se podrán manejar y optimizar en forma correcta”, cuenta Dueñas.

Los Geotest son una prueba geoquímica que se practica en terreno. Esta metodología, que fue diseñada para tener una duración de 20 años, permite predecir y monitorear a través del tiempo la química del lixiviado.
La tecnología Geotest está compuesta por dos celdas, una de ellas está expuesta a precipitación forzada, y la otra a precipitación natural, con la finalidad de que la primera cubeta acelere el proceso de oxidación. De esta manera se logra obtener información anticipada.

Las cubetas son estructuras, cuya parte exterior está formada por acero inoxidable, y en el interior por madera terciada. También, las celdas disponen de una membrana impermeable de polietileno de alta densidad (HDPE por sus siglas en inglés) la cual se encuentra protegida por una malla, para evitar filtraciones.

Al término de cada evento de precipitación, los investigadores deben recoger del estanque la solución infiltrada, y determinar con ello, el volumen total que se logró recolectar. Posteriormente, se calcula el pH y Eh (potencial de oxido-reducción) de la solución, la concentración de oxígeno disuelto y la conductividad eléctrica. Luego se extraen dos muestras, una para análisis y la otra como contramuestra, las cuales se mantienen en botellas cerradas. La seleccionada se envía para su análisis con el objetivo de establecer la concentración de iones metálicos, sulfato, carbonato, acidez total y alcalinidad. Una vez muestreada la solución, se vacía completamente el estanque de almacenamiento para eliminar los eventuales sólidos sedimentados.

En forma complementaria, se pueden estudiar varias muestras de solución, recolectadas directamente a la salida de la celda, antes de su traspaso al estanque con la finalidad de precisar las concentraciones máximas o variaciones en el pH.

La profesional destaca que estas cubetas se encuentran instrumentalizadas, sistema que permite monitorear permanentemente el comportamiento de los residuos mineros con la química del lixiviado. La información que se obtiene a través de esta tecnología, se puede recoger en la estación meteorológica o mediante una señal de teléfono celular.

En este caso se utiliza una estación meteorológica Vaisala (modelo WXT 520) que mide parámetros climáticos a través de un sensor denominado Windcap, el cual utiliza ultrasonidos para determinar la dirección y velocidad horizontal del viento. En el caso de la presión barométrica, temperatura y humedad del aire, las mediciones se efectúan con un módulo PTU (presión transmembronar uniforme). La precipitación es registrada con un sensor (Raincap), cuya función es detectar el impacto individual de las gotas de lluvia.

Dentro del cálculo del balance hídrico de las pruebas se deben considerar las variaciones del almacenamiento en el material, y los cambios en la humedad del suelo. Propiedades que tienen directa relación con la tensión de succión del material.

Para medir dicha tensión se utilizan sensores de succión que entregan una medida indirecta de la fuerza de este proceso y, a través de ella el cambio en la humedad del material.

Para la medición del caudal de salida de las pruebas geoquímicas in situ, se utiliza un sistema Tipping Bucket Flow Gauge. Este contiene una pequeña cubeta en el interior, la cual se encuentra calibrada. Los antecedentes que se obtienen son registrados en un datalogger o dispositivo cuyas mediciones son registradas en su memoria.

Depósito de lastres: La experiencia de Codelco Andina
Las condiciones naturales del yacimiento de Río Blanco de la División Andina generan la acidificación del agua, producto de las características climáticas del sector.
Esta condición, fue avalada por los análisis realizados, durante la década de 1960, por la que en ese entonces era la Minera Cerro Corporation, y que se encuentran certificadas notarialmente; en ellas se estableció el precedente de que sin la intervención humana, el Río Blanco ya presentaba este fenómeno de acidificación.
Cuando comienza la operación del rajo también se generan lastres, los que son proclives a la acidificación, viéndose incrementada por la actividad minera.
Por esta razón, en la década de 1990, la minera comenzó a realizar ingenierías y análisis que les permitiesen identificar las causas de esta situación y orientasen en las posibles soluciones fue así fue como en el año 2000 comenzaron a implementar medidas y programas orientados a regularizar y solucionar esta situación, para lo cual comenzaron a generar un trabajo conjunto con nuestros vecinos de Sur Andes (actualmente Los Bronces), quienes ya habían establecido una explotación industrial de esta situación natural.

La compañía sostiene que bajo este contexto nace el proyecto “Despacho de Drenajes”, que se hace cargo de todas las aguas de contacto de la parte alta de la cuenca, y en la que, mediante un sifón, se envía a Los Bronces para su tratamiento. Este sistema contempla la captura de aguas de contacto mediante sifones, y son conducidas a la planta de nuestros vecinos de Los Bronces, donde les extraen el cobre contenido y las aprovechan en sus procesos de flotación, devolviéndonos agua limpia para recircularla al cauce del río.

La división Andina destaca que este proyecto tiene una doble virtud. La primera es que dicha iniciativa permite el retiro de aguas de contacto, que son devueltas limpias río abajo; y en segundo lugar, la minera dejó de utilizar aguas limpias para el proceso producto de esta recirculación.

Debido al proceso de expansión que tiene Andina, se consideran acciones preventivas como la construcción del túnel de desvío río Blanco el que tomará el recurso hídrico que proviene de las laderas y lo conducirá río abajo para evitar su contacto con los lastres.

Las aguas que no logren ser capturadas, serán tratadas en una planta que está proyectando la División Andina para una construcción en el mediano plazo y que al interior de su organización se conoce como el proyecto TADA.

El TADA tiene como objetivo abatir sulfatos y metales contenidos en las aguas de contacto, a través de la adición de cal de manera de reutilizarla en los procesos. En la actualidad, ya se contempla una segunda etapa de este proyecto. Una vez que se aumente su producción a 244.000 tpd, permitirá capturar bastante más agua como forma de prevención ante el depósito de lastre norte que contempla el proceso de expansión.

Una de las grandes dificultades que ha debido enfrentar la División Andina en la prevención y control de estas aguas en los depósito de lastres, están relacionados con la geografía del cajón en que está emplazada la operación.
Hay que considerar que el rajo está en un proceso de ampliación que generará en Andina una de los depósitos de lastre más grandes del mundo, con una capacidad máxima de 2.800 millones de ton.

Tranques de relaves
La División Andina cuenta con dos tranques anteriores al actual, y que prestaron servicios en determinados momentos de nuestra historia, los cuales se encuentran emplazados en la cordillera.

El primero, Piuquenes, está en su máxima capacidad y se encuentra cerrado para la operación, aunque se mantiene un proceso de observación del mismo con el fin de asegurar que su presencia no signifique riesgos para las comunidades y el ambiente. De hecho, la minera está adoptando medidas de seguridad adicionales que implican una fuerte inversión para construir espaldones y otras obras que otorguen las mayores garantías.

El segundo, Los Leones, está con su capacidad nominal agotada, aunque considera una capacidad ante emergencias, y también mantiene trabajos de gestión para su cuidado.
El actual tranque que maneja la División Andina es Ovejería, ubicado en la localidad de Huechún, y que recibe el relave a través de una canaleta de más de 80 km de longitud, y que probablemente será el que acompañe por casi toda la vida a la explotación del yacimiento.

Para la minera, un gran problema generalizado que existe en los tranques de relaves es la potencialidad de acumulación de agua, situación que el Proyecto de Expansión Andina 244 ha considerado en su proyección, en conjunto con el incentivo al uso eficiente de los recursos.
Para ello, está planteado un sistema de recirculación del agua, de manera de bombearla hacia la nueva planta concentradora, permitiendo con ello abarcar el 65% de la necesidad del recurso hídrico del proceso.

Por su parte, el agua que maneja el tranque es gestionada a través de la evapotranspiración de eucaliptus, a la que se suman las impermeabilizaciones permanentes para disminuir las potencialidades de infiltraciones, las innovadoras pruebas en nuestra planta piloto de abatimiento de sulfato, entre otras.

Finalmente, también se dispuso de bombas hidráulicas que capturan eventuales infiltraciones para bombearla nuevamente al tranque, actuando como una perfecta barrera de contención para no afectar napas cercanas. La compañía cuenta con diferentes acciones preventivas para dar tranquilidad a sus comunidades y autoridades, buscando el uso eficiente de los recursos, tanto del agua como de la energía.

Programa de prevención y manejo del Drenaje Ácido de Roca (DAR)
El Dr. Jordi Guimerà, director corporativo de la consultora Amphos, explica que a través de un modelo numérico permite predecir los flujos de aguas y transportes de contaminantes o componentes químicos en los botaderos y/o depósitos de relaves.
“Con dicho modelo predecimos la dirección que adoptarán estas concentraciones y composiciones del botadero”, explica el experto y agrega que esta metodología de investigación también permite establecer “el impacto ambiental e influencia que ejercerán sobre su entorno y ubicación más inmediata, con lo cual se podrán determinar las mejores medidas de mitigación para dicho impacto”.
Este programa de prevención apunta a obtener una caracterización completa del sistema el cual incluye el conocimiento de los residuos mineros que se encuentran en el botadero o depósito, hasta la disposición de los compuestos en subsuelos inmediatos y/o cuencas drenantes. Para ello, se debe tener antecedentes sobre la composición de los minerales y la distribución de los compuestos en dichas estructuras, para que unos con otros se neutralicen.

Lo que busca esta metodología es que el plan minero no sólo incluya el transporte del estéril hacia el botadero, sino también el tratamiento preventivo del drenaje ácido.

Jordi Guimerà advierte que en caso de que la composición de los minerales no permitan su neutralización “debemos pensar en establecer un sistema artificial de drenajes, el cual contenga los alimentos neutralizantes, es decir que posea rocas con la capacidad de añadir ciertos componentes con carbonatos cálcicos que permitan compensar las acidez del agua que va a salir del botadero”.

Con respecto a los depósitos, el ejecutivo recomienda intercalar la disposición de los relaves con materiales neutralizantes, sin embargo advierte que esta metodología debe ser evaluada en cada caso.

Una de las principales dificultades que puede enfrentar este programa de prevención está relacionada con la disponibilidad del material neutralizante (como caliza) en el entorno para neutralizar el drenaje ácido. “Si en el entorno no existen las llamadas rocas calcáreas, el costo de transportarlas resulta muy alto, por lo cual se debe pensar en otro tipo de soluciones que están vinculadas con la canalización de los drenajes ácidos y un tratamiento en planta”, sostiene Guimerà.