Proceso de Tratamiento de Aguas en la Minería

Se lleva el agua del interior de la mina, junto con el cobre soluble, a la planta de SX en cámaras de agua con alta corriente para la electrodeposición, con el fin de aprovechar y recuperar. Siempre se debe buscar un tratamiento del agua del interior de la mina que cumpla con la normativa legal.

Dren de caliza: Son pozos de piedra caliza donde el agua que escurre o se libera de la mina ácida, principalmente, se neutraliza, convirtiéndose en agua alcalina y evitando contaminar ríos cercanos.

Drenaje (circular agua): Implica conocer los lineamientos importantes del agua con la finalidad de controlar y diseñar un sistema de drenaje, generando un manejo del producto y su posterior tratamiento. También se le puede conocer como la manera en que las aguas de un área existen y se mueven, incluyendo las corrientes superficiales y subterráneas por donde fluye el agua.

Botadero: Lugares destinados al depósito de desmonte o desechos sólidos de baja ley.

Cuenca hidrográfica: Se refiere a las áreas geográficas limitadas por líneas divisorias de aguas que, por su configuración topográfica, contribuyen con los aportes de su escurrimiento a la formación del caudal de un río que llega finalmente al mar. Las cuencas hidrográficas u hoyas, las forman todos los afluentes, subafluentes, quebradas, esteros, lagunas que afluyen a ella, ya sea en forma continua o discontinua, superficial o subterráneamente.

EH: El potencial eléctrico corresponde a una medida de potencial de redox o potencial de óxido/reducción de una solución. Se reporta en unidades de volts o milivolts en relación con el electrodo estándar de hidrógeno.

Embalse de relaves: Aquel depósito de relaves donde el muro de contención está construido con material de empréstito y se encuentra impermeabilizado en el coronamiento y en un talud interno. La impermeabilización puede estar realizada con material natural de baja permeabilidad o de material sintético, como geomembrana de alta densidad. También se llama embalse de relaves a aquellos depósitos ubicados en alguna depresión del terreno que no requieren la construcción de un muro de contención. (DS248, título I, Capítulo 2, artículo 6, letra D).

Evaluación de riesgo: Procedimientos mediante los cuales se establecen y analizan los riesgos de una faena minera o instalación minera, de forma de determinar si dichos riesgos revisten o no el carácter de significativo. (Decreto 41, título I, capítulo 2, artículo 7, letra I).

Hardpan: Capa endurecida de suelo o de material, normalmente localizada en o cerca de la superficie, pero que también puede darse en profundidad, generada por cementación de las partículas del suelo con materia orgánica o por materiales relativamente insolubles como sílice (S), carbonato de calcio (CaCO3) y óxidos de hierro. La dureza no cambia apreciablemente con variaciones en el contenido de humedad y, en general, se considera dura, difícil de excavar o perforar e impermeable.

Instalación remanente: Instalaciones de una faena minera que no son desmanteladas al momento del cierre o que quedan tras el cese de la actividad. (Botaderos de estéril, depósitos de relaves, etc.). Lixiviación: Es la extracción de constituyentes solubles por percolación a través de un solvente; puede ser por proceso natural o inducido.

Lixiviado: Solución obtenida desde el proceso de lixiviación. También corresponde a un líquido que ha percolado o drenado a través de un residuo y que contiene componentes solubles de este.

Metales: Grupo de elementos químicos que se caracterizan por presentar las siguientes propiedades físicas: dúctil, maleable, brillo, alta densidad, ser sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio, Hg), tener estructura cristalina en estado sólido y ser buenos conductores del calor o la electricidad. Químicamente, son aquellos elementos en los que existe solapamiento entre la banda de valencia y la conducción en su estructura electrónica (enlace metálico), lo cual brinda las propiedades físicas ya indicadas. En este grupo se encuentran elementos alcalinos, alcalinotérreos, metales pesados y preciosos.

Metaloide: También se conocen como semimetales. Son un grupo de elementos químicos que se caracterizan por presentar un comportamiento intermedio entre metales y no metales. Son parte de este grupo el boro (B), silicio (Si), germanio (Ge), arsénico (As), telurio (Te), polonio (Po) y astato (At).

Meteorización: Proceso por el cual partículas, rocas y minerales son alterados por exposición de la superficie a temperaturas, presión y los agentes atmosféricos tales como el agua, el aire y la actividad biológica.

Minerales meta-estables: Minerales que no se encuentran en un estado de equilibrio o no son estables, es decir, pueden cambiar su estructura. Estos minerales se caracterizan por cristalizar a una temperatura determinada y solo pueden mantener su estructura inicial cristalina a ciertas temperaturas.

Muestras: Fracción representativa, generalmente pequeña, recolectada para análisis y descripción.

Muestra compuesta o composito: Muestra creada por la combinación de diferentes fracciones (muestras simples), las que pueden ser recolectadas en lugares o tiempos diferentes.

Muestra simple o puntual: Es una muestra recolectada en un sitio específico durante un período de tiempo corto, de minutos o segundos. Representa un instante en el tiempo y un punto en el espacio del área de muestreo.

PEQ – Programa de estabilidad química: Programa de trabajo compuesto por un conjunto de etapas, estudios y/o procesos que tienen como objetivo asegurar la estabilidad química de instalaciones remanentes de un proyecto minero, al momento de cese de sus operaciones, (etapa post cierre).

pH: Corresponde al logaritmo negativo en base 10 de la actividad del ion hidrógeno en solución. (-log[H+]).

Relaves en pasta: Depósito de relaves que presentan una situación intermedia entre el relave espesado y el relave filtrado. Corresponde a una mezcla de relaves sólidos y agua, entre 10 y 25 % de agua, que contiene partículas finas menores de 20 micrones en una concentración en peso superior al 15%, muy similar a una pulpa de alta densidad. Su depositación se efectúa en forma similar al relave filtrado, sin necesidad de compactación, poseyendo consistencia coloidal. (DS248, Título I, Capítulo 2, artículo 6, letra K)

Relaves espesados: Depósito de relaves donde, antes de ser depositados, son sometidos a un proceso de sedimentación mediante espesadores, eliminándole una parte importante del agua contenida. El depósito de relaves espesados deberá ser construido de tal forma que se impida que el relave fluya a otras áreas distintas a las del emplazamiento determinado y contar con un sistema de piscinas de recuperación de agua remanente. (DS248, Título I, Capítulo 2, artículo 6, letra L).

Relaves filtrados: Depósito de relaves donde, antes de ser depositados, son sometidos a un proceso de filtración mediante equipos especiales de filtración, donde se asegure que la humedad sea menor al 20%. Deberá asegurarse que el relave así depositado no fluya a otras áreas del emplazamiento determinado. (DS248, Título I, Capítulo 2, artículo 6, letra M)

Residuos mineros masivos: Corresponde a materiales provenientes de las operaciones de extracción, beneficio o procesamiento de minerales, los cuales son generados en grandes volúmenes. Los residuos masivos mineros son los estériles, los minerales de baja ley, residuos de minerales tratados por lixiviación, relaves y escorias (de acuerdo a lo establecido en el Art. 23, DS148 de 2003, del Ministerio de Salud, Reglamento Sanitario sobre Manejo de Residuos Peligrosos).

Riesgos significativos: Aquel que reviste importancia en atención a la probabilidad de ocurrencia de un hecho y la severidad de sus consecuencias, conforme a la metodología de evaluación de riesgos utilizado por la empresa, referidas a la estabilidad física y química de la faena minera, en orden a otorgar al debido resguardo a la vida, salud y seguridad de las personas y medio ambiente. (Decreto 41, título I, cap. 2, art. 7, Letra L)

Sólidos disueltos totales o TDS: Corresponde a la medida de todas las sustancias inorgánicas y orgánicas que se encuentran contenidas en una solución, ya sea en sus formas moleculares ionizadas o como coloides. Estas sustancias se caracterizan por ser lo suficientemente pequeñas para pasar por un filtro de dos micras.

Tranques de relaves: Aquel depósito de relaves donde el muro de contención es construido con la fracción más gruesa del relave (arenas). DS248, Tit. I, Cap. 2, Art. 6, Letra N.

Drenajes Ácidos de Minas

Los drenajes ácidos de antiguas minas de carbón y minería metálica son una de las principales fuentes de contaminación de aguas superficiales y subterráneas en el mundo.

Debido a que este problema puede persistir durante décadas e incluso cientos de años una vez finalizado el ciclo productivo, existe la necesidad de prevenir su formación y aplicar el tratamiento más adecuado cuando se ha formado.

Estos drenajes son tóxicos en diversos grados para el hombre, la fauna y la vegetación. Contienen metales disueltos y constituyentes orgánicos solubles e insolubles, que generalmente proceden de labores mineras, procesos de concentración de minerales, presas de residuos y botaderos de mina.

Existen reportes de la muerte de miles de peces y crustáceos de ríos, afecciones a ganado y destrucción de cultivos y riberas, así como la introducción de una coloración y turbiedad en aguas de ríos y lagos.

Tratamientos Pasivos para Drenajes Ácidos

Una alternativa al tratamiento convencional de los drenajes ácidos de minas, tanto si las instalaciones se encuentran en operación o en abandono, lo constituyen los métodos de tratamiento pasivo, debido a su bajo costo, fácil operación y mantenimiento, y gran eficiencia en el tratamiento de aguas ácidas.

Los métodos de tratamiento pasivos van desde humedales construidos, drenajes anóxicos, balsas orgánicas, sistemas de producción alcalina hasta barreras reactivas permeables, en donde el objetivo principal es la supresión de la acidez, la precipitación de los metales pesados y la eliminación de sustancias contaminantes como sólidos en suspensión, antimoniatos, arseniatos y otros.

La filosofía general de los tratamientos pasivos consiste en cambiar las condiciones de Eh (electroquímica) y el grado de acidez del influente, de forma que se favorezca la formación de especies solubles que precipiten como oxihidróxidos metálicos.

Por lo general, en estos sistemas, se recurre al empleo de bacterias para catalizar las reacciones y acelerar los procesos que forman precipitados, así como el uso de material alcalino para neutralizar la acidez (subir el pH).

En el caso de los humedales, para aumentar el contacto entre el agua de mina y el oxígeno atmosférico, se diseñan sistemas que incluyen cascadas, lechos serpenteantes y balsas de grandes superficies y poca profundidad.

Para elegir el tipo de sistema pasivo se debe poner especial atención a las condiciones hidrológicas del lugar, al pH del influente, y al contenido de metales y sólidos en suspensión del drenaje.

El diseño y la configuración del dispositivo de tratamiento deben asegurar una buena circulación y distribución del influente dentro del sistema, con el fin de maximizar el tiempo de contacto entre el flujo de agua y los sustratos reactivos.

Entre los principales parámetros a tener en cuenta en el diseño de un humedal, tenemos el área o superficie, la geometría, la profundidad de las celdas, el tiempo de retención hidráulica y la composición del sustrato.

Categorías de Drenaje de Mina

Para determinar el tipo de drenaje es necesario hacer un estudio detallado de las condiciones físicas del medio, el clima del lugar y una caracterización de los efluentes de mina. Para ello, se realizan muestreos de agua y sedimentos para su análisis en laboratorio y determinar las concentraciones metálicas presentes.

Independientemente de la fuente que da origen a los drenajes de mina, estos se pueden subdividir en dos grandes grupos:

• Drenajes alcalinos o aguas residuales con bajo potencial de solubilización.
• Drenaje ácidos o aguas residuales con alto potencial de solubilización.

En 1968 se hace una clasificación de las aguas residuales de mina en función al pH, y se agrupan en 6 categorías:

Altamente ácidas: pH 1,5 a 4,5; Blandas Ácidas: pH 3,5 a 5,5; Blandas Ligeramente: pH 5 a 7; Duras Neutras a Alcalinas: pH 7,5 a 8,5; Blandas Alcalinas: pH 7,5 a 11; Muy Salinas: pH 6 a 9.

Teniendo en cuenta el pH del drenaje y los contenidos de metales o especiales minerales presentes en el mismo, se pueden agrupar en 4 tipos. (Clasificación de drenajes en función de pH y el potencial de acidez/alcalinidad de los minerales (Morin y Hult, 2011)).

Ácido: <6 pH. Acidez generada por oxidación de minerales, particularmente sulfuros; el nivel de metales disueltos es mayor que en drenajes casi neutros; asociado a minas metálicas, carbón y piritas.

Alcalino: > 9 o 10 pH. Alta alcalinidad generada por disolución de minerales básicos, particularmente óxidos, hidróxidos y algunos silicatos.

Niveles de algunos metales como el Al son mayores que en los drenajes casi neutros. Asociados con minería de diamantes, molienda de bauxita, ceniza de combustión de carbón.

Casi neutro: 6-9 o 10 pH. Dependiendo de la abundancia de los minerales, en determinados períodos pueden ser ácidos o alcalinos; la concentración de metales disueltos algunas veces excede niveles tóxicos.

Otros: pH irrelevante. Puede afectar la concentración de metales; asociado a la minería no metálica como potasa, sales, boratos, bentonitas, gravas, arcillas, etc.

Características de los Drenajes de Minas

El drenaje ácido de minas es la consecuencia de la oxidación de algunos sulfuros minerales (pirita, pirrotita, marcasita, etc.) en contacto con el oxígeno del aire y agua.

Sulfuro mineral + oxígeno + agua = sulfato + acidez + metal

También hay otros oxidantes, como el hierro férrico, que pueden reemplazar al oxígeno del aire en la reacción, y en algunos casos, al oxígeno del agua.

Sulfuro mineral + hierro férrico + agua = sulfato + acidez + metal.

Sucede lo contrario en los drenajes alcalinos de mina, ya que es el resultado de la disolución de óxidos, hidróxidos y silicatos minerales.

Óxido/hidróxido mineral + agua = alcalinidad + metal. Silicato mineral + agua = alcalinidad + metal + sílice acuosa.

Drenajes Alcalinos

Las aguas alcalinas en las explotaciones mineras se producen cuando las filtraciones desde la superficie o desde acuíferos suprayacentes circulan a través de materiales calizos y dolomíticos. La disolución de carbonato de calcio tiene lugar debido a la presencia de anhídrido carbónico en el agua y da lugar a la siguiente reacción:

CaCO3 + CO2 + H2O ——- Ca +2 + 2HCO-3

El contenido en ion bicarbonato en las aguas es el que marca la alcalinidad de estas. La alcalinidad total se mide en mg/l y se puede estimar con la siguiente expresión:

100((HCO-3) + 2(CO3, 2-) + (OH)).

Aunque no es frecuente, las aguas alcalinas en algunos casos pueden ser tan dañinas como las aguas ácidas.

Los materiales rocosos recientemente excavados dan lugar a una mayor aportación de contaminantes que los terrenos de igual litología que no han sufrido alteración, ya que las superficies libres son más fácilmente lixiviables.

Algunas aguas alcalinas contienen altas concentraciones de hierro ferroso, que tras oxidación e hidrólisis pueden llegar a cambiar el drenaje a tipo ácido.

Estos tipos de descarga son más comunes en minas subterráneas que en las de cielo abierto.

Drenajes Ácidos

Durante la explotación de determinados yacimientos (carbón, sulfuros metálicos, hierro, uranio y otros) quedan expuestos a la meteorización grandes cantidades de minerales sulfurosos que pueden llegar a formar drenajes ácidos. Para que esto tenga lugar son necesarias una condición aerobia, es decir, la existencia de cantidades suficientes de agua, oxígeno y, simultáneamente, la acción catalizadora de bacterias. Norstrom y Alpers (1998) describen el proceso de oxidación de la pirita como principal responsable de la formación de aguas ácidas, y afirman que estas reacciones geoquímicas se aceleran en áreas mineras debido a que el aire entra en contacto con mayor facilidad con los sulfuros a través de las labores de acceso y la porosidad creada en las pilas de estériles y residuos, unido a ello el cambio de composición química y el incremento de la superficie de contacto de las partículas. También afirman que los procesos físicos, químicos y biológicos tienen gran influencia en la generación, movilidad y atenuación de la contaminación ácida de las aguas, y los factores que más afectan a la generación ácida son el volumen, la concentración, el tamaño de grano y la distribución. Skousen et al (1994 y 1998) y Ziemkiewics (1997) dicen, a partir del pH y el contenido de oxígeno y metales pesados, hacen una clasificación de los drenajes de mina y lo agrupan en 5 tipos. Por tanto, los drenajes del entorno minero pueden ser ácidos o alcalinos, pueden degradar el hábitat acuático y cambiar la calidad de las aguas debido a su toxicidad, corrosión y otros efectos producidos por la disolución de sus constituyentes. Por lo general, tienen valores de pH entre 2 a 9, contienen cationes y aniones en disolución (de <1 a 100.000 mg/l), predominando elevadas concentraciones de SO4, Fe, Mn y Al, y en menor proporción Ca, Na, K, Mg y otros elementos.

Un drenaje es ácido cuando los minerales ácidos exceden a los alcalinos, puede contener elevadas concentraciones de SO4, Fe, Mn, Al y otros iones, puede tener o no bajo pH, pero la presencia de Fe, Al, Mn disueltos pueden generar iones H+ por hidrólisis y bajar el pH. En cambio, en los drenajes de mina neutros o alcalinos (alcalinidad igual o mayor que acidez) también pueden tener elevadas concentraciones de SO4, Fe, Mn y otros solutos, pero la disolución de los minerales carbonatados neutraliza la acidez y remueven el Fe, Al y otros iones metálicos, y sin embargo no afecta significativamente la concentración de SO4.

Drenajes alcalinos: En drenajes ácidos el anión principal es el SO4 y los cationes mayoritarios son Fe, Mn y Al. En cambio, en drenajes alcalinos el HCO3 es más significativo que el SO4 y los contenidos de Ca, Mg y Na son más elevados que los de Fe y Al.

Problemáticas de las Aguas en Minas

La minería es una de las actividades industriales con mayor grado de manipulación del agua, pues, por un lado, la emplea en un gran número de operaciones y, por otro, con sus excavaciones genera grandes volúmenes, fundamentalmente por infiltración de los acuíferos interceptados y de la escorrentía superficial.

Como consecuencia de esto, en todos los proyectos mineros es preciso contemplar los medios necesarios para el control y evacuación del agua fuera de las áreas de laboreo mediante bomba y el empleo adecuado de sistemas de desagüe, así como la adopción de medidas de prevención de la contaminación de las mismas durante la explotación y abandono posterior.

Por otro lado, las explotaciones mineras provocan ciertos efectos hidrológicos sobre las aguas subterráneas o superficiales tales como: Disminución de la calidad de agua, haciéndola inadecuada para el consumo humano y otros usos. Causar daños ecológicos, alterando o eliminando las comunidades biológicas naturales existentes en los cursos de agua. Deterioro del paisaje, por lo que la restauración de las áreas afectadas debe abarcar todos los elementos del medio físico, incluido el agua.

La contaminación del agua de la mina se debe, en general, a la introducción de sustancias o de ciertas formas de energía como el calor, que provocan cambios en sus características físicas y químicas. La acidificación de las aguas de mina crea numerosos problemas, ya que en contacto con el aire producen la oxidación química y biológica de los sulfuros, dando como resultado el incremento de la acidez en el medio. Los factores que influyen en la generación de las aguas ácidas a partir de los materiales rocosos que contienen sulfuros son los siguientes:

• El pH.
• Cantidad de oxígeno que entra en contacto con los materiales sulfurosos.
• Temperatura (T°).
• Ritmo al que los productos de reacción son evacuados del lugar de reacción.
• Capacidad de neutralización de las rocas estériles en el lugar de reacción.
• La humedad.
• La disponibilidad de dióxido de carbono, así como nutrientes y elementos esenciales para la existencia de microorganismos.

En general, las aguas ácidas tienen muy bajo pH, contienen una cantidad de sólidos disueltos, una elevada acidez total y un alto contenido en elementos traza y compuestos inorgánicos.

Con frecuencia, las aguas ácidas están asociadas a la existencia de labores mineras. Sin embargo, dicho fenómeno no está restringido a las actividades extractivas, pues puede ocurrir siempre que se expongan materiales y rocas con cierto contenido de sulfuros a la acción del aire y al agua, como en el caso de grandes excavaciones de las obras públicas en terrenos sulfurosos.

La presencia de aguas ácidas va asociada a la explotación de sulfuros complejos, minería del oro y carbón con altos contenidos de pirita. No solo las minas en actividad pueden provocar afluentes ácidos, sino también las explotaciones clausuradas, tanto a cielo abierto como subterráneas. Estos efluentes afectan al medio físico y la salud humana.

Interferencia de la Explotación Minera en la Hidrósfera

Las aguas que afectan al normal desarrollo de un proyecto y que requieren ser captadas y gestionadas, asegurando al mismo tiempo su conservación y protección, pueden tener muy distintas procedencias: Aguas pluviales: Precipitan directamente en la excavación. Agua con escorrentía o corrientes superficiales: No desviadas que entran en el perímetro de la excavación. Aguas subterráneas: Se filtran o alumbran en forma de manantial al profundizar la excavación. Si bien el agua procedente de estos tres tipos de fuentes puede ser extraída por simple bombeo desde puntos de menor cota existentes dentro de la explotación, por razones de economía y seguridad se debe asegurar la intercepción previa de la escorrentía superficial mediante canales de protección, guardia o desvío. El agua de lluvia o infiltración en contacto con el mineral, con los estériles, con los desechos y con áreas operativas se contamina de forma muy rápida, no solamente con sólidos en suspensión, sino también químicamente, de forma que solamente puede ser limpiada mediante la aplicación de procedimientos adecuados.

La mayor parte de las veces, las interferencias de la actividad minera en la hidrósfera tienen efectos locales y en pocos casos llegan a alcances regionales.

Esta interferencia se da de varias maneras y se produce tanto en la cantidad como sobre la calidad de las aguas superficiales y subterráneas.

Efectos y Problemas Originados por la Presencia de Agua en Macizos Rocosos

En términos generales, en el ámbito de las explotaciones mineras el agua constituye el agente natural de mayor incidencia como condicionante y desencadenante de inestabilidades y de otros problemas geotécnicos y geomecánicos asociados.

Sin embargo, la lista de efectos negativos que se producen como consecuencia de la presencia del agua en el entorno operativo es singularmente amplia y diversificada.

Algunos de estos efectos perjudiciales que más frecuentemente se presentan en las operaciones mineras se resumen a continuación:

Aspectos y Situaciones a Considerar en Minería a Cielo Abierto

Aguas Subterráneas

Erosión de taludes de excavación y corta caminos y zanjas de drenaje, y arrastre de los materiales erosionados.

Las aguas superficiales y subterráneas pueden crear una amplia variedad de problemas en los proyectos mineros a cielo abierto, destacan los siguientes:

Reblandecimiento de pistas y formación de zonas heladas en invierno.

Reducción de los rendimientos de las unidades de carga y transporte al circular sobre pisos embarrados y por mayor formación de baches.

Incremento de los costes de mantenimiento al aumentar el porcentaje de averías originadas por la acción abrasiva del barro, corrosión de la humedad y efecto de esta sobre el equipo eléctrico. Además, el agua actúa como lubricante en los cortes de los neumáticos con la roca.

Formación de conos de materiales erosionados en zonas no deseadas o previstas, con el consiguiente coste por su retirada o limpieza.

Incremento de la presión hidráulica en fracturas tensionales.

Aguas Subsuperficiales

Reducción de la resistencia de suelo y roca.

Reducción de la estabilidad de los taludes de excavación, requiriéndose acudir a ángulos más tendidos.

En taludes conformados en suelos o rocas no competentes las acciones son similares. Para prevenir el deslizamiento o rotura de los taludes se opta por las siguientes alternativas:

• Reducir la pendiente de los taludes de excavación de la explotación, con el siguiente aumento de ratio.
• Reforzar los taludes mediante distintos medios de retención, lo que siempre encarece los costes de inversión y es especialmente caro si no se trata de actuaciones en taludes permanentes.
• Aumento del peso específico del material y variación de sus características físicas: por ejemplo, una roca con densidad de 2.1 t/m3 en seco y con una porosidad de 13% cuando está saturada pesa un 6.2% más, tal como se comprueba con las siguientes expresiones:

• 1 m3 * 0,13 * 1 t/m3 = 0,13 t/m3
• Delta = 0,13 / 2,10 * 100 = 6,2%
• Deformación de los taludes y zanjas.
• Filtraciones en talud con los consecuentes problemas asociados de erosión y congelación.