Sistema Tratamiento Pasivo DAR

Adenda N°2 alEstudio de Impacto Ambiental

Proyecto Caserones

Padre Mariano 103, Of. 307 - Providencia, Santiago, Chile

Fono: (56-2) 236 0886 - Fax: (56-2) 235 1100 - www.gac.cl

ANEXO 44

Sistema de Tratamiento Pasivo de Drenaje Ácido

DISEÑO CONCEPTUAL PARA MITIGAR EL DRENAJE ÁCIDO DE MINA

DEPÓSITO DE LASTRE

SISTEMA TRATAMIENTO PASIVO

PROYECTO CASERONES

PREPARADO POR:

Proyecto CaseronesAdenda Nº2 al

Estudio de Impacto AmbientalSistema Tratamiento Pasivo Drenaje Ácido

2

Padre Mariano 103, Of. 307 - Providencia, Santiago, Chile Fono: (56-2) 236 0886 - Fax: (56-2) 235 1100 - www.gac.cl

ÍNDICE

1 INTRODUCCIÓN ................................................................... 3

2 DRENAJE ÁCIDO DE MINA ...................................................... 3 2.1 Definición de drenaje ácido de mina..................................................................3 2.2 Generación de drenaje ácido de mina................................................................4 2.3 Proceso de drenaje ácido de mina.....................................................................5 2.4 Fuentes de drenaje ácido de mina.....................................................................6

3 TRATAMIENTO DE DRENAJE ÁCIDO DE MINA ................................. 6 3.1 Tipos de tratamiento ........................................................................................6 3.2 Tratamiento pasivo ..........................................................................................7 3.3 Agentes de neutralización.................................................................................8 3.4 Alternativas de tecnologías de tratamiento ........................................................9

4 DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO CON CALIZA ................... 10 4.1 Consideraciones en el dimensionamiento.........................................................10 4.2 Cálculos de la masa de caliza..........................................................................11

5 CONCLUSIONES .................................................................. 12



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1 I N T R O D U C C I Ó N

El objetivo de este informe es presentar un plan conceptual para la mitigación del drenaje ácido de mina (DAM). Dado los resultados de laboratorio de las pruebas de lixiviación aplicadas en las muestras de lastre del Proyecto Caserones (presentadas en el Anexo II-5 del EIA), es posible estimar que el depósito de lastre que se habilitará, tiene potencial de generación de aguas ácidas en el futuro. Es importante señalar que dichas pruebas indicaron que no se liberarán metales pesados en concentraciones significativas desde el lastre. Por lo anterior, el Titular realizará un plan de monitoreo de la calidad de las aguas abajo del depósito de lastre, y en caso de detectar la presencia de acidez y metales pesados en altas concentraciones, se compromete a la implementación de un sistema de tratamiento pasivo de drenaje ácido de mina. Para cumplir con el objetivo, en este informe se presenta la definición de la posible fuente de generación de drenaje ácido del Proyecto Caserones, el concepto de sistema de tratamiento pasivo de drenaje ácido de mina, y las consideraciones para el diseño y construcción de un sistema de tratamiento pasivo de tratamiento de las eventuales aguas ácidas del depósito de lastre.

2 D R E N A J E Á C I D O D E M I N A

2.1 Definición de Drenaje Ácido de Mina

El drenaje ácido de mina que se origina en los botaderos de desechos mineros expuestos a la atmósfera como resultado de la excavación, es un importante aspecto ambiental que enfrentan las industrias mineras de todo el mundo. Para explicar lo anterior, es necesario indicar que el fenómeno de drenaje ácido proveniente de minerales sulfurosos es un proceso que ocurre en forma natural. Es así como, el drenaje ácido de mina se refiere al drenaje contaminado que resulta de la oxidación de minerales



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sulfurados y lixiviación de metales asociados, provenientes de las rocas sulfurosas cuando son expuestas al aire y al agua. Es un proceso dependiente del tiempo y que involucra procesos de oxidación tanto química como biológica y fenómenos físico-químicos asociados, incluyendo la precipitación y el encapsulamiento. Lo anterior, es debido a que las proporciones de minerales sulfurados en las rocas que contienen depósitos minerales, son considerablemente más elevadas que las que se encuentran en las rocas comunes de la corteza terrestre. Por último, es importante reconocer que la acidez y el pH bajo no son factores críticos en la definición del drenaje ácido de mina. Más bien, la preocupación fundamental la constituyen los elevados niveles de metales disueltos, debido a su potencial impacto adverso sobre la flora y fauna del ambiente acuático receptor y, en menor grado, a los riesgos que supone para la salud humana. Los peces y otros organismos acuáticos son más sensibles que los seres humanos a los niveles elevados de la mayoría de metales.

2.2 Generación de Drenaje Ácido de Mina

La generación de ácido es originada por la oxidación de los minerales sulfurosos cuando son expuestos al aire y agua, lo cual da por resultado la producción de acidez, sulfatos y la disolución de metales. No todos los minerales sulfurosos son igualmente reactivos, ni la acidez se produce en igual proporción. Además, no todos los minerales sulfurosos o rocas con contenido de sulfuro son potencialmente generadores de ácido. La tendencia de una muestra particular de roca a generar acidez neta es una función del balance entre los minerales (sulfurosos) productores potenciales de ácido y los minerales (alcalinos) consumidores potenciales de ácido. El proceso mediante el cual se consume ácido se denomina "neutralización". Teóricamente, cada vez que la capacidad consumidora de ácido de una roca ("potencial de neutralización") excede al potencial de generación de ácido, se consumirá toda la acidez y el agua que drene de la roca se encontrará en el nivel de pH neutro o cerca de él. El drenaje ácido generado por la oxidación de sulfuros puede neutralizarse por contacto con minerales consumidores de ácido. Como resultado de ello, el agua que drena de la roca puede tener un pH neutro y una acidez insignificante, a pesar de la continua oxidación de sulfuros.



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Con el tiempo, a medida que se agotan los minerales consumidores de ácido o se vuelve imposible acceder a ellos a causa de la formación de cubiertas de minerales secundarios, se puede generar agua ácida.

2.3 Proceso de Drenaje Ácido de Mina

La calidad del agua de drenaje proveniente de faenas mineras depende tanto de la presencia en la roca, de metales/minerales que se pueden lixiviar, como del incremento en el grado de lixiviación que resulta de la generación de ácido y que puede ocurrir cuando hay presencia de sulfuros reactivos en cantidades suficientes. Por lo tanto, la generación de ácido es controlada por:

- El tipo de mineral sulfuroso - La distribución y exposición del mineral sulfuroso - El tipo, distribución y exposición de minerales alcalinos - Las características de oxidación química y biológica - La temperatura y pH - El flujo de oxígeno y agua - Las concentraciones químicas

El desarrollo del drenaje ácido es un proceso de tres etapas. Inicialmente, dominan los procesos de oxidación química, relativamente lentos, y la alcalinidad disponible controla los valores de pH en el rango cercano al neutro. Durante esta etapa, se reducen los productos ácidos y la velocidad de lixiviación de muchos de los contaminantes potenciales. A medida que se consume la alcalinidad disponible, el pH se vuelve más ácido y la velocidad de oxidación aumenta. A valores de pH por debajo de 4,5; predominan las reacciones de oxidación biológicamente catalizadas, las cuales son más rápidas, el pH disminuye y la concentración de muchos contaminantes aumenta. El control de las reacciones de generación de ácido, en las etapas iniciales de oxidación, exige el control del pH, para evitar la ocurrencia de oxidación biológica; o bien, el control del suministro de oxígeno, el oxidante principal. En las etapas posteriores de la oxidación rápida, es más difícil el control de las reacciones de generación de ácido. La oxidación de minerales sulfurosos produce hierro ferroso. La actividad biológica oxida el hierro ferroso y lo convierte



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en férrico, el cual actúa como el oxidante principal. En este momento, las reacciones son esencialmente "autosuficientes". Finalmente, el drenaje ácido de mina que se produce de esta forma, no sólo tiene un pH bajo, sino que además presenta metales pesados tales como hierro, manganeso, cobre, zinc y plomo, entre otros. Debido a la alta solubilidad de dichos metales en una solución ácida, el origen de las altas concentraciones de metales pesados en el drenaje ácido de minas se atribuye a la lixiviación de los metales de las rocas que se encuentran en un área minera.

2.4 Fuentes de Drenaje Ácido de Mina

Los minerales sulfurosos están en todas partes en el ambiente geológico, pero se encuentran principalmente en rocas que yacen debajo de una capa de suelo y, a menudo, debajo de la napa freática. Bajo condiciones naturales, el suelo que cubre la roca y el agua subterránea minimiza el contacto con el oxígeno, permitiendo así que la generación de ácido prosiga a una velocidad tan baja que el efecto sobre la calidad general del agua será insignificante o indetectable. La exposición de roca sulfurosa reactiva al aire y al agua, como resultado de actividades tales como la construcción de carreteras o explotación minera, puede acelerar la velocidad de generación de ácido y ocasionar un impacto en el ambiente. En el caso del Proyecto Caserones, dado los resultados de laboratorio de las pruebas de lixiviación aplicadas en las muestras de lastre (presentados en el Anexo II-5 del EIA), es posible estimar que el depósito de lastre que se habilitará, es una posible fuente de potencial de generación de aguas ácidas en el futuro.

3 T R A T A M I E N T O D E D R E N A J E Á C I D O D E M I N A

3.1 Tipos de Tratamiento

Existen dos tipos principales de sistemas de tratamiento del drenaje ácido de mina: los sistemas activos que requieren la operación y mantenimiento continuos; y los sistemas pasivos que se basan en el tratamiento "natural" y pretenden funcionar sin cuidados ni mantenimiento mayores.



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En la primera alternativa, comúnmente conocida como sistema de tratamiento activo, el drenaje ácido de mina es tratado en una planta de tratamiento a través de técnicas de neutralización y precipitación. En la segunda alternativa, conocida como sistema de tratamiento pasivo, se aprovecha la topografía e hidrología natural para construir en el mismo lugar un sistema que aumenta espontáneamente el pH y forma precipitados de los metales disueltos en el DAM. Los sistemas activos para el tratamiento de drenaje ácido de mina presentan muchas dificultades. Aparte del alto costo asociado a la construcción y mantenimiento de la planta de tratamiento en un lugar remoto de actividad minera, un sistema de tratamiento activo es difícil de mantener durante un período prolongado de tiempo. Muchas veces, los problemas de drenaje ácido de mina después del abandono de una mina son más severos que los problemas durante la operación de la mina. Esto ocurre porque, en general, el drenaje en y alrededor del área minera durante su operación es controlado y se toman otras medidas técnicas para minimizar la generación de drenaje ácido de mina. Después del abandono de una mina, dichas medidas dejan de existir. Además, la exposición de rocas y desechos de rocas excavadas a la atmósfera y la precipitación, lleva a un mayor grado de oxidación de los minerales sulfurados que hay en estas rocas y a la posterior generación de drenaje ácido de mina por lixiviación y disolución. Por consiguiente, un sistema de tratamiento pasivo es más atractivo para atenuar el drenaje ácido de mina en y alrededor de una mina abandonada.

3.2 Tratamiento Pasivo

Un sistema de tratamiento pasivo es aquel que se utiliza para tratar el drenaje ácido de mina a través de procesos químicos, biológicos y gravitacionales que ocurren en forma natural, para lo cual, se aprovecha la topografía e hidrología para crear un medio ambiente controlado para el tratamiento. Conceptualmente, los sistemas de tratamiento pasivos ofrecen muchas ventajas sobre los sistemas de tratamiento activos convencionales. El uso de aditivos químicos y el consumo de energía son prácticamente eliminados. En un sistema pasivo, los costos de operación, mano de obra y mantenimiento son considerablemente menores que los de un sistema activo, donde es necesario construir y mantener plantas de tratamiento químico. Además, un sistema pasivo se construye sobre los escenarios naturales de un asiento minero y por lo



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tanto las preocupaciones ambientales que se asocian a la construcción y operación de una planta de tratamiento por lo general no se dan en este caso. En general, las principales tecnologías pasivas incluyen una combinación de los siguientes componentes: humedal aeróbico, humedal anaeróbico, desagüe de caliza anóxica, desagüe de caliza óxica, y canal abierto de caliza. Varias otras tecnologías se han propuesto y usado en sistemas pasivos para el tratamiento de drenaje ácido de mina, como el pozo de derivación llenado con caliza. El principal propósito de estas tecnologías es adaptarse a varias situaciones específicas de cada asiento.

3.3 Agentes de Neutralización

Los tratamientos de acidez utilizan variados agentes de neutralización, entre los más comunes se encuentran la caliza (CaCO3), cal viva (CaO) y cal hidratada (Ca(OH)2), éstos son mezclados en tanques de agitación junto con la solución de interés. Por otro lado, un sistema simple de neutralización de acidez puede estar constituido por una cama de caliza ubicada en la parte inferior del botadero de estériles o rocas de desecho. Otro sistema simple, consiste en la colocación de capas alcalinas, de cal o piedra caliza finamente trituradas, entre los estériles o rocas de desecho. Cabe mencionar que la caliza es un material de bajo costo que permite aumentar el pH, precipitar los metales pesados, neutralizar la acidez y convertir el drenaje ácido en aguas que no causen problemas en las aguas subterráneas ni suelos. La utilización de material alcalino permite controlar el pH en el rango cercano al neutro, limitando así la oxidación química; y previniendo el establecimiento de la oxidación bacterialmente catalizada. Para la mezcla adecuada de materiales alcalinos con desechos gruesos de roca provenientes de drenaje ácido, se puede requerir de la trituración y de una mezcla profunda. La efectividad de la mezcla depende principalmente de la minuciosidad del mezclado, del movimiento de agua a través del sistema, la naturaleza del contacto de la roca o agua ácida con los aditivos neutralizantes o agua, la proporción de material neutro en exceso y, finalmente, el tipo y pureza del aditivo neutralizante.



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3.4 Alternativas de Tecnologías de Tratamiento

La caliza es uno de los principales agentes utilizado para la neutralización de drenaje ácido de mina. Ahora bien, se distinguen tres tipos de tecnologías pasivas basadas en caliza: desagüe de caliza anóxica (DCA), desagüe de caliza óxica (DCO), y canal abierto de caliza (CAC). Un desagüe de caliza anóxica (DCA) es eficaz para elevar el pH de un drenaje ácido de mina al mismo tiempo que mantiene los metales en solución debido a su estado de oxidación más bajo. Sin embargo, altas concentraciones de hierro y aluminio pueden hacer que se obstruya el desagüe. De todas formas, un DCA debería ser eficaz para elevar el pH. Sin embargo, un alto nivel de oxígeno disuelto en el agua puede hacer menos eficaz la condición anóxica. En el último tiempo, el concepto de DCA se ha ampliado a agua con alto oxígeno disuelto. En este caso, el desagüe de caliza es diseñado como un desagüe de caliza óxica (DCO), el cual si está bien diseñado, puede ser usado para drenaje ácido de minas con altas concentraciones de hierro y aluminio. Un DCO tiene una ventaja sobre un canal abierto de caliza ya que permite que el agua esté en contacto directo con los granos de caliza y así se eleve la alcalinidad eficazmente. Tanto los DCA como los DCO se construyen como zanjas llenadas con grava de caliza. A medida que el drenaje ácido de mina fluye a través de ellas, la caliza se disuelve, agregando alcalinidad y aumentando el pH. De esta forma, estas zanjas pueden considerarse como sistemas de pretratamiento, donde el propósito básico es convertir un agua ácida neta en agua alcalina. Por último, el uso de canales abiertos revestidos con caliza ha demostrado ser un mecanismo eficaz para eliminar el hierro y para generar pequeñas cantidades de alcalinidad. Aunque la caliza en estos canales por lo general queda acorazada de hierro, los estudios indican que la caliza acorazada sigue siendo relativamente eficaz como tratamiento. Además, los canales abiertos de caliza (CAC) son especialmente eficaces cuando se colocan en pendientes de más de 20%, ya que la acción abrasiva del agua que fluye rápido tiende a desalojar el hierro acorazado.



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4 D I S E Ñ O D E U N S I S T E M A D E T R A T A M I E N T O C O N C A L I Z A

4.1 Consideraciones en el Dimensionamiento

A continuación, se presentan algunas consideraciones que deben tenerse presente a la hora de diseñar el sistema de tratamiento pasivo de drenaje ácido de mina, basado en una prueba piloto de neutralización de drenaje ácido de mina utilizando caliza como agente de neutralización. La caliza calcítica (roca carbonatada cálcica), es decir, aquella caliza con la menor cantidad de magnesio (<5%) es el material más utilizado para tratar problemas de acidez. Es importante mencionar lo anterior, ya que también existe la caliza dolomita que contiene casi 45% de carbonato de magnesio (MgCO3) y 55% de carbonato de calcio (CaCO3). Entre los análisis que se deben realizar a la caliza, se deben determinar principalmente sus contenidos de calcio y magnesio; y si se requiere mayor información también se puede determinar la concentración de algunos metales. Dada la naturaleza del sistema de tratamiento pasivo de drenaje ácido de mina, se hace indispensable determinar los valores de neutralización (potencial de neutralización por el método ABA), expresado como carbonato de calcio equivalente. Por otro lado, las pruebas de neutralización que se recomiendan realizar, consisten en atacar a las muestras de caliza, de diferentes granulometrías, con soluciones ácidas de diferentes pH. Una variación de esta prueba, se puede ejecutar utilizando soluciones ácidas con diferentes concentraciones de metales pesados. Por último, se deben realizar análisis físicos para determinar la granulometría de la muestra de caliza. En algunos estudios, la granulometría del material cobra relevancia, ya que se debe escoger un tamaño de partícula adecuado para una remediación más efectiva. En esta parte, se deberían realizar pruebas de neutralización con muestras de diferente granulometría.



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4.2 Cálculos de la Masa de Caliza

Para estimar la cantidad de caliza requerida para la neutralización del drenaje ácido de mina, es necesario definir las variables de la siguiente ecuación: M = (Q td / Vv) + (Q C T / x) M = Masa de la caliza, (ton) Q = Velocidad del flujo volumétrico, (l/s) = Densidad de la caliza, (kg/l) td = Tiempo de retención/detención hidraúlica (s) Vv = Razón del espacio de roca de la caliza (expresado como decimal) C = Alcalinidad del efluente (mg/l CaCO3) T = Vida del diseño del drenaje (s) x = Contenido de carbonato de calcio de la caliza (expresado como decimal) Se deben considerar las siguientes estimaciones en cada parámetro: Velocidad del flujo volumétrico (Q): Se deben utilizar los datos de que se recojan del

monitoreo de aguas en la quebrada donde se localiza el botadero de lastre. Densidad bulk (): El rango de densidad de caliza que aparece en la literatura está entre

2,7 – 4,0 g/cm3. Tiempo de retención hidráulica (td): Este es el parámetro más complicado de definir. La

literatura entrega un rango amplio de valores, de horas a días, por lo general asociado a una determinada composición del DAM. Es por esto que su determinación requiere de ensayos a escala de laboratorio (estudio de tratabilidad) donde, para un determinado caudal, se analicen los resultados para distintos volúmenes de agua que el sistema sea capaz de retener. Con esto, y considerando la razón de espacio vacío de la caliza a ocupar, es posible extrapolar los resultados a escala real.

Razón de espacio vacío (Vv): Este es un parámetro relacionado con la porosidad de la

caliza. Se determina realizando una medición al material a utilizar.



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Alcalinidad del efluente (C): Esta corresponde a la alcalinidad que se desea alcanzar en el efluente, valor que dependerá de las características del drenaje ácido a tratar. A modo de referencia, la literatura indica que para una acidez de 300 mg/l se genere un efluente con un valor de alcalinidad de 200 mg/l como CaCO3.

Tiempo de vida del proyecto (T): Se debe considerar la duración del proyecto. Contenido de carbonato de calcio (x): Se deben utilizar porcentajes de pureza,

expresados como decimal. Una vez calculada la masa de caliza, las dimensiones del sistema de tratamiento de drenaje ácido de mina, en forma desagüe, pueden ser calculadas fijando dos de estas tres variables: longitud, ancho o alto, asumiendo que el desagüe tiene forma de rectángulo.

5 C O N C L U S I O N E S

En relación a la posible generación de drenaje ácido de mina proveniente del depósito de lastre, el Titular se compromete a asegurar durante la operación del proyecto y hasta los primeros 5 años después del cierre y abandono, que la calidad del agua del Sector Quebrada La Brea sea mejor o igual a la existente. Para cumplir dicho compromiso, el Titular realizará un plan de monitoreo de la calidad de las aguas abajo del depósito de lastre, y en caso de detectar la presencia de acidez y metales pesados en altas concentraciones, se compromete a la implementación de un sistema de tratamiento pasivo de drenaje ácido de mina.

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