2b_gestion Ambiental_la Operacion Minera Y Su Entorno Local

GESTIÓN AMBIENTAL I SEMESTRE 2019

Harry Esterio G. Geólogo (PhD) Geología Facultad de Ingeniería UNAB Campus Viña del Mar

CONTENIDO

Minería Entendiendo los yacimientos Minería, impacto ambiental y riesgos Sostenibilidad de la industria minera

MINERÍA

Actividades mineras generan impactos ambientales, incluso en las mejores condiciones operacionales con un rango de magnitud y gravedad muy amplio. Actividad relevante para los consumidores, mercado, proveedores, gobiernos regionales y locales que reciben sus tributos. Debe considerar:  Responsabilidades legales y éticas hacia el entorno.  Impactos negativos sobre el medio natural y social.  Oportunidades de generar impactos positivos que lleven a reconocerla como un “buen vecino”.

ENTENDIENDO LOS YACIMIENTOS  El yacimiento se conoce a medida que se desarrolla la explotación y en general parte del mismo permanecerá sin llegar a conocerse del todo.  La zonación vertical de la mineralización y la composición de la mena cambia a lo largo de la explotación.  Es importante entender estas complejidades e incertidumbres de los yacimientos minerales al emprender la evaluación de impactos ambientales de un proyecto minero – metalúrgico.

Una explotación minera evoluciona por:  Heterogeneidad mineralógica, litológica, estructural y geomecánica del yacimiento. Puede implicar el descubrimiento de un nuevo yacimiento como prolongación del primero y a veces de mayor magnitud y/o ley.  Carácter geométrico del sistema de explotación. Se puede pasar de un método de explotación a rajo abierto a uno subterráneo o viceversa, lo que implica la necesidad de evaluar nuevamente sus impactos ambientales.

La evaluación de impacto ambiental de una explotación minera debe ser vista como la primera de una serie, al igual que los impactos ambientales previstos.

A medida que la explotación se profundiza, la mineralogía cambia (A → D), lo que obliga a modificar progresivamente los procedimientos metalúrgicos de extracción. A → B: Se obtiene Cu por lixiviación en pila. B → D: Se obtiene Cu por concentración. C → D: Descenso progresivo de las leyes Cu. Consecuentemente, las características químicomineralógicas de los residuos mineros también evolucionarán en el tiempo.

Las propiedades geomecánicas de la roca varían en la misma dirección (A → D), siendo ésta progresivamente más competente en profundidad, lo cual redunda en un mayor gasto en explosivos. La minería es un proceso “evolutivo”, cambiante en el tiempo. Todo estudio y posterior evaluación de impacto ambiental deberá considerar esta variable espacio-temporal evolutiva, sobre la cual, en el mejor de los casos, podremos realizar razonables conjeturas. Los sondajes para cubicación entregan valiosa información, pero con los datos litológicos (tipo de roca), mineralógicos, geomecánicos y de leyes de los sondajes, solo será posible realizar una “estimación razonablemente fiable” de lo que espera “abajo”.

QUE VEN??? Residuos de tratamiento abandonados en el Distrito Minero de Mazarrón (Murcia, España), ricos en Pb, Zn y As (Oyarzun et al., 2011).

Las ciencias geológicas cuentan con instrumentos conceptuales, metodológicos y de diagnóstico para evaluar la naturaleza y gravedad de los probables impactos asociados a la explotación minera.

Entre los principales factores a considerar están:  Mineralógico-geoquímicos: Elementos químicos en la mena y su forma mineralógica.  Litológicos: Composición mineralógica original de las rocas como de sus alteraciones.  Estructurales: Tipo, densidad y magnitud de las fracturas del macizo rocoso.  Geomorfológicos: Estabilidad del terreno, considerando topografía y clima.  Hidrológicos e Hidrogeológico: Probable dispersión superficial y subterránea de contaminantes que se puede generar por efecto de la explotación.

MINERÍA, IMPACTO AMBIENTAL y RIESGOS MINERÍA  Rubro productivo que aporta al desarrollo de los países donde se establece  Genera grandes ganancias  Promueve la creación de un alto porcentaje de empleos, contribuyendo a la economía local y nacional  Actividad que debe ser realizada resguardando los estándares más altos de cuidado al medio ambiente y de relación con la comunidad

Impacto ambiental  Localizados, pero intensos.  Dependen de la naturaleza y magnitud de las operaciones, pero también del entorno.  Favorables cuando se encuentra alejado de los centros poblados (Desierto de Atacama), donde es difícil encontrar algún componente ambiental impactable (más allá del paisaje).

 Desfavorables en términos de los impactos potenciales y la dificultad de enfrentarlos (zonas en áreas montañosas de alta pluviosidad, en la cabecera de cuencas hidrográficas, Isla de Nueva Guinea).

Impactos Operaciones mineras: Exploración, explotación, cierre de las operaciones mineras.

Problemas

procesado metalúrgico de los minerales:  

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Impactos físico y químico. Polvo generado por la molienda de minerales. Depósitos de colas de flotación (cientos a miles de millones de toneladas). Pilas de lixiviación ácida o alcalina de minerales, abandonadas al fin de la explotación. Gases tóxicos de las chimeneas de fundiciones (que contienen metales, SO2, As2O3). metales abandonados. Excavaciones.

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Estabilidad del macizo rocoso frente a los procesos de remoción en masa, subsidencia y erosión en las operaciones a cielo abierto, subterráneas, o mixtas. Crecimiento exponencial de las superficies de roca expuesta al oxígeno del aire, a medida que transcurre la explotación subterránea y se desarrollan las galerías y pozos (piques). Cambio producidos en el drenaje superficial y subterráneo debido a las labores minera. Migración del drenaje ácido rico en metales en profundidad (contaminación de aguas subterráneas). Formación de lagos ácidos ricos también en metales en las operaciones a cielo abierto abandonadas.

MÁS PROBLEMAS Extensión del territorio: Los proyectos mineros no ocupan una gran extensión del territorio sin embargo los afectan intensamente y su impacto puede ir más allá de los límites de la propiedad minera (efluentes líquidos, particulado aéreo, gases). Cavidades: Las grandes explotaciones a cielo abierto las provocan, pasando a ser rasgos geográficos notables por su magnitud, incluso visibles desde el espacio exterior. Redes de galerías y labores verticales: Pueden alcanzar hasta miles de km en las labores subterráneas, lo que multiplica las superficies de reacción roca-agua-aire. Hundimiento de bloques (block caving) en minería subterránea: Puede inducir modificaciones geográficas, como la desaparición de una montaña por colapso interior de la misma (p.ej., caso “ex” Cerro Indio Muerto, El Salvador, Chile). Cavidades superficiales o subterráneas: Afectan los niveles de aguas subterráneas y la calidad química del agua, al interceptar el nivel freático y permitir la oxidación y disolución de minerales sulfurados y de metales pesados. Esto se traduce en disminución y deterioro del recurso hídrico, que puede actuar igualmente como vehículo de contaminación entre la labor minera y las aguas superficiales.

Desechos sólidos y semisólidos de la explotación y de los procesos metalúrgicos: Relaves de estériles y pilas de lixiviación que constituyen relieves positivos de escasa consistencia que pueden ser desestabilizados por movimientos sísmicos. Estos desechos pueden además llegar a convertirse en focos generadores de polvo contaminante si se sitúan en regiones de clima desértico o mediterráneo. Complejidad mineralógica del yacimiento y su entorno: Asociaciones de minerales de mena (p.ej., sulfuros de metales de base), que contienen los metales valiosos (p.ej., oro, cobre, plomo, zinc), las asociaciones de minerales de ganga (p.ej. silicatos y/o carbonatos) acompañantes y las de minerales de alteración hidrotermal y supergénica.  Cada yacimiento tiene sus asociaciones mineralógicas características, que dependiendo del clima y topografía, establecen también patrones propios de anomalías geoquímicas, incluida la probabilidad de generación de drenaje ácido. Desde luego, también esta información es indispensable para establecer el modelo geo-metalúrgico del yacimiento, así como para estimar los riesgos ambientales de carácter químico que plantea su explotación y el tratamiento metalúrgico de sus menas. Esta preocupación debe tener un lugar central al evaluar el plan de cierre de la operación minerometalúrgica.

Los impactos afectan  Estabilidad física de los terrenos afectados, favoreciendo procesos de remoción en masa, subsidencia y erosión, incrementando la carga sedimentaria de la red fluvial.

 Calidad química y biológica de los suelos y de la red de drenaje.  Generación de drenaje ácido de rocas (DAR = DAM = Drenaje Ácido de Mina) debido al incremento de la solubilidad de metales pesados en aguas superficiales y subterráneas.

 Configuración y estabilidad de la red de drenaje superficial y subterránea.  Estabilidad física del paisaje y química del remanente del yacimiento explotado y de los pasivos mineros acumulados, con posterioridad al cierre de la explotación.

Los RIESGOS son de carácter físico y químico  Físico 

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Remoción en masa (debris flows) debido a la modificación de los taludes en el área de la explotación; Caminos de acceso construidos en zonas de elevada pendiente con elevadas precipitaciones y actividad sísmica; Desechos de las labores mineras: acopios de minerales y de relaves, pilas de lixiviación etc; Cavidades abiertas por labores de exploración o explotación. Subsidencia con cavidades superficiales.

Mina de Cu-Au Grasberg en Irian Jaya (izquierda) y caminos para tráfico rodado de gran tonelaje (derecha). Se unen tres factores de riesgo:  Elevadas pendientes.  Precipitaciones abundantes  Actividad sísmica .

 Químicos  Potenciales contaminantes asociados a las menas.  Estado de oxidación y proceso metalúrgico determinan que elementos se asociarán a posible dispersión de las aguas subterráneas y superficiales. La dispersión se facilitará si existe un mayor gradiente hidráulico así como un buen grado de fractura de las rocas y un bajo o moderado pH del agua.  Pirometalúrgia.  Generación de energía mediante plantas termoeléctricas a carbón o pet coke. En el caso de las refinerías de cobre en Chile, se han observado aureolas anómalas de cobre cercano a los 100km de diámetro (caso de Potrerillos), que muestran el alcance de sus emisiones aéreas de partículas con metales pesados. Al respecto, los riesgos mayores se refieren a las emisiones de As2O3 y de SO2.

DRENAJE ÁCIDO MINERO

Oxidación de sulfuros y subsecuente lixiviación de metales en relaves, tortas de mineral, minas subterráneas, rajo abierto, etc...

El principal mineral en los yacimientos sulfurados es la pirita (FeS2), la oxidación y lixiviación da lugar a la formación del denominado drenaje ácido de mina (DAM), comúnmente de un marcado color rojo o anaranjado.

Minería subterránea: Puede generar cientos a miles de km de galerías (que multiplican el área de reacción roca-aguaaire) convirtiéndose en reactores químicos que contaminan el drenaje.

Minería rajo abierto: Importante la cantidad de py, si el yacimiento se encuentra en zonas desérticas, templadas o lluviosas.

La oxidación de la pirita genera (1) sulfato férrico (iones Fe3+) y ácido sulfúrico (H2SO4) (2 y 3). El sulfato férrico (Fe2(SO4)3) es clave en los procesos de oxidación que se producen en el resto de los sulfuros.

En un sistema ácido rico en sulfato férrico (Fe3+), los sulfuros y sulfosales son oxidados y los metales puestos en solución.

En (4) y (5) la calcopirita (CuFeS2) libera Cu y la enargita (Cu3AsS4) libera Cu y As. En (6) y (7) la puesta en solución del Zn y del Pb es a partir de esfalerita (ZnS) y galena (PbS).

Que se genere o no drenaje ácido dependerá de:  La proporción entre la pirita y otros sulfuros: A > py, > será la producción de ácido y lixiviación de metales. Problema real en los relaves debido a que la pirita será el sulfuro más abundante.  El tipo de roca: No es lo mismo una pizarra o cuarcita, que una volcánica feldespática o una caliza. Si existen minerales reactivos (feldespatos o carbonatos) al ácido, se producirá una reaccionará (hidrólisis) y la solución se neutralizará en mayor o menor proporción, rebajándose la capacidad de lixiviación. Al reaccionar el ácido con el feldespato se produce una hidrólisis [(8) y (9)], donde el producto final es caolinita, consumiendo hidrogeniones (H+). Si hay suficiente sulfato disponible, se podrá formar alunita (10).

Para los carbonatos, la reacción de consumo de ácido puede simplificarse de la siguiente manera (11):

 Clima: Clima cálido acelera las reacciones, uno frío las ralentiza, grandes precipitaciones generan dilución de las soluciones, mientras que lluvias moderadas (por ejemplo en el clima Mediterráneo) generan las condiciones perfectas para una mayor acidez y transporte de metales.  Suelos: Lugar donde van a parar casi todos los desechos sólidos y líquidos de la minería. Todo lo que no sea de utilidad en el proceso minero se acumula en el suelo. Existen relaves, y desechos líquidos que se depositaron en los suelos sin control alguno a lo largo de décadas y siglos en la minería europea. Papel “amortiguador” de la contaminación que varia en función de su composición mineralógica y propiedades físicas.  La capacidad de retención de un suelo arenoso no es la misma que la de uno arcilloso.  No es lo mismo que las arcillas del suelo sean del tipo caolinita o montmorillonita.

Los modelos, sub-modelos de yacimientos y su relación con la generación de drenaje ácido entregan criterios evaluativos donde es posible anticipar que:  Pórfidos Cupríferos. En general no son grandes generadores de drenaje ácido.  Epitermales (Au-Ag). Sub-modelos Bonanza (filones), Hot Springs (venillas y diseminaciones) y Carlin (reemplazos en rocas carbonatadas silicificadas).  Los sub modelos Bonanza y Hot Springs se subdividen según su riqueza en azufre y su grado de oxidación. Naturalmente, a mayor riqueza en azufre y grado de oxidación de este elemento, mayores serán los riesgos de drenaje ácido.  El submodelo Carlin y su asociación con rocas carbonatadas implica bajo riesgo de drenaje ácido debido a la acción neutralizadora de los carbonatos.

 Skarn. Yacimientos de metales de base y oro, depositados por soluciones hidrotermales en rocas carbonatadas afectadas por metamorfismo de contacto, con formación de granate, piroxeno, y anfíbola. Riesgo de drenaje ácido bajo debido a la roca encajante (calizas).  IOCG. Yacimientos con características intermedias entre los de tipo porfírico de cobre, los skarn y los yacimientos tipo Kiruna. Este tipo se define principalmente por su contenido en óxidos de hierro, sulfuros de cobre y oro, a los cuales pueden agregarse uranio y elementos de tierras raras. Riesgo moderado a bajo.

Esquema idealizado de los procesos que controlan la dispersión de metales pesados y metaloides. Factores climáticos, fisiográficos, estructurales, de alteración hidrotermal y tipos de yacimientos emplazados en zonas de altura.

DESMONTES, ESCOMBRERAS, PILAS, TORTAS

Torta = Acopio material extraído de una faena minera Escombreras (termino español para desmontes) = Estériles? Desmontes = Estéril y material de baja ley de corte Pilas = Material sobre ley de corte que es irrigada (lixiviada) con ácidos Concepto económico más que mineralógico. Toda mina opera con alguna razón de estéril (mena + ganga + py) / mineral.

Problemas?

Sulfuros expuestos a la intemperie Clima y migración de soluciones metalíferas

Migración de soluciones metalíferas en un desmonte en función del clima.

Lluvioso (A) Lavado químico y sin sello en la base, las soluciones alcanzarán el suelo las que dependiendo de su capacidad de amortiguación podrán o no alcanzar el nivel freático.

Intermedio (B) Clima mediterráneo: No existen marcadas tendencias en una dirección u otra, aunque episodios tormentosos podrán decantar la situación hacia el caso A.

Secos y cálidos (C) Cualquier solución interior ascenderá por capilaridad hacia los niveles superiores, donde precipitarán las especies minerales en solución (sulfatos, carbonatos, cloruros). Regiones desérticas y semidesérticas.

OPERACIONES DE LA METALURGIA EXTRACTIVA

Materia de preocupación en cualquier complejo minerometalúrgico.

Las operaciones y sus riesgos se asocian con:  TRANQUE

DE

RELAVES:

Diseño,

químicos,

sísmicos,

estabilidad, etc.

 LIXIVIACIÓN EN PILA ácida y cianurada, riesgos de derrames.  PIROMETALÚRGIA: Material particulado y gases.

TRANQUES DE RELAVE Material rechazado de la planta de flotación (concentración). Todo aquello que no va a la concentradora va a colas (tailings).

Principales Riesgos

El diseño más usado es llamado aguas arriba, que presenta problemas de estabilidad.

 Suelo de fundación: Si no es el adecuado, puede haber infiltración de aguas y ceder la base del tranque, produciendo un fallo como ocurrió en Aznalcóllar (Sevilla, España) el 25 de Abril de 1998.

 Repuesta ante la actividad sísmica: Presentan una pobre respuesta ante la actividad sísmica, pudiendo producirse fenómenos de licuefacción durante el sismo que lleven a un fallo masivo del sistema de contención.  Subida del nivel del agua: Puede conducir a 2 situaciones catastróficas. El peso del agua puede inducir fenómenos del tipo deslizamiento rotacional cerca del dique, con pérdida total o parcial del mismo. El agua supera el dique de contención, erosiona el o los diques sucesivos llevando a la rotura de estos.

El desastre de Kolontar Hungría (4/10/10). Derramados 700.000 m3 de barros rojos cáusticos a raíz del fallo del dique de contención del tranque. 10 personas murieron, 120 resultaron heridas, y 8 km2 fueron inundados (WISE, 2011).

Los tranques colapsan y lo hacen con más frecuencia de lo que se piensa. Entre 1961 y 2011 han habido 90 incidentes mayores en el mundo (1,8 por año) (WISE, 2011).

Parámetros a considerar:

Actividad química

 Proporción de pirita a otros sulfuros.  Clima.  Roca: Caliza, la calcita neutralizará las soluciones ácidas que se generen por la oxidación de la pirita. Si no existe caliza, los feldespatos neutralizan la acidez.

En Chile: ACTINOLITA  Se encuentra en la minería del hierro como en la del cobre.  Anfíbol cálcico que constituye una ganga común en los yacimientos de hierro de la Franja Cretácica, así como en los de cobre aledaños a esta en el norte del país.



Si el conjunto mena + ganga es sometido a molienda, el anfíbol se partirá en trozos pequeños y aciculares, llegando a poseer al final las características propias de los anfíboles asbestiformes.



Estas actinolitas puede constituir un riesgo sanitario como parece mostrar un caso de cáncer asociado a partículas asbestiformes (mesotelioma), en el poblado de La Higuera (Coquimbo, Chile) (Oyarzun et al., 2010a).

LIXIVIACIÓN EN PILA Lixiviación en pila ácida para recuperar cobre. Cianuración (alcalina) para recuperar oro. Se construyen pilas de roca mineralizada, triturada a 2,5cm, formando una estructura tipo pirámide truncada. La base se impermeabiliza con un geotextil . Se le da una cierta inclinación a la pila para que las soluciones que percolan escurran en una dirección preferencial en la base. CIP (carbon-in-pulp): La solución pasa por columnas de carbón activo donde queda retenido el oro.

Merril-Crowe: Para mineralizaciones auríferas acompañadas de sulfuros (cobre, zinc).

El proceso para recuperar el cobre se basa en una química que consiste en la disolución de crisocola (12), brochantita (13) y atacamita (14):

El proceso para recuperar el Au está basado en la captura del oro como complejo de aurocianuro (15).

Cómo reactivo se usa el cianuro de sodio (NaCN), compuesto altamente tóxico aunque de escasa permanencia en el medio, ya que se descompone naturalmente en NH4+ y CO32.

Río Danubio (Baia Mare, Rumanía. 30 Enero 2000

El derrame de cianuro vertió cerca de 100.000m³ de aguas residuales con una concentración de 126 mg de cianuro por litro en los canales de desagüe al río Lapus, un afluente del Somes (Szamos).  El derrame alcanzó el río Tisza y el curso superior del Danubio a su paso por Belgrado, desembocando en el mar Negro.  La contaminación mato la fauna y flora en los sistemas fluviales de Rumania, Hungría y Yugoslavia.  Finalmente el cianuro llegó al Mar Negro pero más diluido.  El derrame se lo ha catalogado como el peor desastre ambiental de Europa desde el accidente de Chernóbil.

SOSTENIBILIDAD EN LA INDUSTRIA MINERA Para que la industria minera sea efectivamente sostenible se deben cumplir las siguientes condiciones: Conservación de los recursos. Protección de la demanda. Seguridad operacional de las labores mineras y la salud ocupacional. Rentabilidad. Recursos humanos, hídricos y energéticos. Aceptabilidad de la minería por la opinión pública. 

Condicionantes geológico-ambientales

Fisiografía, clima y sismicidad: No es lo mismo un yacimiento emplazado en la cima de una montaña, dentro de una cordillera o en una planicie. Si el clima es frío y seco o cálido y lluvioso.

Tipos de alteración hidrotermal y litologías: La última línea de defensa natural que existe contra la lixiviación son los Feld de una roca ígnea. Si hay alteración argílica avanzada, los Feld han sido destruidos (por transformación a caolín) y no podrán reaccionar con las soluciones ácidas derivadas de la oxidación de la pirita y así la lixiviación en masa de metales estará asegurada.

Mineralogía de mena: significa que habrá elementos químicos disponible para su lixiviación. Ej: Sulfuros. Mientras más elevada sea esta razón, mayor será la producción de ácidos que como consecuencia de esto se producirá la lixiviación de metales y metaloides.

Comunidades locales: No puede haber indicios de sostenibilidad si existe un conflicto con las comunidades. Para que una empresa minera pueda funcionar adecuadamente en una región habrá de llegar a acuerdos razonables con las comunidades locales antes de comenzar cualquier labor extractiva.

Grado de fracturación del macizo rocoso: A mayor fracturamiento más erosionable será la roca caja y el cuerpo mineralizado. Las fracturas aseguran la permeabilidad estructural del macizo y por lo tanto la circulación de aguas meteóricas ricas en oxígeno y la subsecuente oxidación de la masa sulfurada.

Eco-Eficiencia: Entrega competitiva de bienes y servicios a precios que satisfagan las necesidades humanas, aportando calidad de vida a la vez que se consigue una reducción progresiva de los impactos ambientales y la cantidad necesaria de recursos para la producción unitaria de bienes de consumo (resource intensity). Por lo tanto la eco-eficiencia combina las mejoras económicas con el uso más eficiente de los recursos y la prevención de la contaminación (Larderel y Stigson, 1998). Se centra en el lado estratégico del negocio (creación de valor).

Ejemplos de casos no sostenibles ni sustentables

Plomo en ARICA 1984-1989 → se insertan >20.901 tn de residuos de barros con contenido metálico → objetivo: extracción de minerales → no tóxicos, según Servicio de Salud y aduana. 1993 → abandono de desechos a beneficio fiscal. 1991-1996→ SERVIU construye casas aledañas >50% de niñxs→ altos índices de plomo en la sangre→ causa daños neurológicos irreparables. 1997→ deciden retirar el material abandonado

**indemnización de 8 millones de pesos por persona**

fallo de la Corte de Apelaciones de Santiago en el “Caso Pelambres” Valle del estero Pupío.

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2004→ estudio medioambiental por minera Pelambres 2008→ construcción tranques de 2060 millones de toneladas de relave. Contaminación aguas subterráneas del estero. Corte de apelaciones→ “los derechos de aprovechamiento de agua de los reclamantes” →desechos y gran impacto ambiental.Elementos cruciales de la resolución de la Corte.

Indemnización en beneficio de los reclamantes, cercana a los 23 millones de dólares

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