Sr. Juan Palma - Operación y Control de Tranques de Relaves · 651 depósitos de relaves en el...

Seminario Minería Chilena y sus Desafíos: Una Visión Integral 10 de Agosto 2016

Dr. Ing. Juan H. Palma G.

Escuela de Ingeniería en Construcción

OPERACIÓN Y CONTROL DE TRANQUES DE RELAVE


La minería es una de las principales actividades económicas de Chile y es la más importante en la zona nortedel país.

El desierto de Atacama, pobre en recursos agrícolas, forestales e hidrológicos, alberga los principalesyacimientos de cobre, oro, plata, hierro y productos minerales derivados de salares, como nitratos, boro, yodo,litio, potasio y otros.

La abundancia de recursos naturales como el cobre asociado al molibdeno y el oro entremezclado con la plata,junto con el producto de los salares, han hecho de Chile un “país minero”.

LA INDUSTRIA MINERA EN CHILE


Si bien Chile ha sido conocido desde laantigüedad como un gran productor deminerales, a partir de 1990 la minería creciósubstancialmente a niveles nunca antesalcanzados, especialmente en la producción decobre, oro y otros minerales no‐metálicos.

Ello fue el resultado de una política económicabasada en la búsqueda de ventajas comparativasy de un incentivo al ingreso de capitales externospara suplir la carencia de inversión interna.

Producción minera: Participación de Chile en América Latina y el mundo.Fuente: Compendio de la Minería Chilena 2011

POSICIÓN

AMÉRICA LATINA MUNDO

COBRE 1 1 (34%)

MOLIBDENO 1 3 (15,3)

PLATA 3 6 (6%)

ORO 6 18 (1,5%)

NITRATO 1 1 (100%)

MINERAL DE BORO 2 3 (18,6%)

LITIO 1 1 (35%)

YODO 1 1 (62%)




Evolución de la producción de cobre enChile, entre el año 1900 y el año 2015.

Fuente: Sistema de medición de laestabilidad de depósitos mineros derelave frente a la acción eólica, para surecuperación como espacio urbanosostenible. El caso de la ciudad deCopiapó en Chile. Tesis Doctoral PamelaValenzuela T., U. Politécnica de Madrid,2016.


DISTRIBUCIÓN GEOGRÁFICA DE LA PRODUCCIÓN MINERA METÁLICA EN CHILE

La mayor parte de la producción de metales en Chile se concentra en elnorte, entre las regiones de Antofagasta y Coquimbo, siendo Antofagasta laregión más importante para la extracción de cobre, molibdeno y plata (54%,33% y 38%, respectivamente). Por su parte, la Región de Atacama alberga el76% de la producción de hierro y un 39% de la producción de oro.

Chile es el mayor productor de cobre en el mundo con reservas estimadasen 190 millones de toneladas, representando el 30% de las reservasmundiales de éste mineral.

Fuente: Compendio de la Minería Chilena 2011

Arica-Parin. Tarapacá Antofagasta Atacama Coquimbo Valparaíso Metropolit. Lib Gral. B.O. AysénCobre t 509 694.866 2.942.178 418.259 488.787 267.891 217.266 426.892 5.456.648Molibdeno t 4.489 12.115 1.043 8.791 2.900 1.927 5.779 37.044Oro kg 15.081 15.122 2.841 1.454 2.945 845 1.206 39.494Plata kg 758.371 260.792 66.206 69.623 44.947 83.022 3.727 1.286.688Plomo t 695 695Zinc t 6.373 21.289 27.662Hierro t min. 6.968.390 2.161.067 9.129.457

RegiónMineral Total


RESIDUOS GENERADOS POR LA ACTIVIDAD MINERA

Mina Subterr. o Rajo

Chancado

Molienda

Flotación u otros procesos

Filtración y secado

Fundición

Electrorefinación

Aglomeración yCurado

Lixiviación

Concentración (Extr. por solv., Adsor./elución)

Electroobtención

Explotación

Procesamiento de minerales

Metalurgia extractiva

Estériles (sobrecarga, lastre)Minerales de baja leyPolvoAgua de mina

PolvoRelavesRipiosAgua de procesoResiduos industriales

Gases y PolvoEscoriasBorras y lodosAcido sulfúricoAgua de procesoResiduos industriales

RESIDUOSPor su naturaleza, los procesosmineros generan diferentes tiposy cantidades de residuos, quepueden se clasificados deacuerdo a su origen,peligrosidad, característicasfísicas y químicas, volumen, entreotros.

La producción de residuossólidos mineros alcanza elevadasproporciones.

Los grandes volúmenesgenerados potencialmente soncausa de importantes impactosambientales y riesgos, por lo querequieren ser manejadosadecuadamente.


DEPÓSITOS DE RELAVE

(*) Filtrados: ω < 20%; Espesados: sedimentación con espesadores; Pasta: situaciónintermedia

DEPÓSITOS EN LA SUPERFICIE DE LA TIERRA

DEPÓSITOS BAJO LA SUPERFICIE DE LA TIERRA

DEPÓSITOS MARINOS OLACUSTRES

– TRANQUES DE ARENAS DE RELAVES.

– EMBALSES O TRANQUES CON MATERIAL DE EMPRESTITO.

– DEPOSITOS DE RELAVES EN PASTA, ESPESADOS O FILTRADOS (*)

– AGUAS ARRIBA– EJE CENTRAL– AGUAS ABAJO

– DEPÓSITOS EN MINAS DE EXPLOTACIÓN.– DEPÓSITOS EN MINAS ABANDONADAS.– DEPÓSITOS EN EXCAVACIONES ABIERTAS.– DEPÓSITOS MIXTOS.

– DEPÓSITOS COSTEROS– DEPÓSITOS SUBMARINOS

Según varios expertos,se estima actualmenteuna producción derelave superior almillón cuatrocientasmil toneladas diarias(SERNAGEOMIN, 2015).

Se estima que laproducción de relavespodría casi duplicarse alaño 2035, si hoy cada36 horas se depositanen Chile relavesequivalentes a un cerroSanta Lucía, dentro de20 años lo haremossólo en 21 horas(Roadmap Tecnológico de laMinería 2035).


En la reglamentación vigente en Chile, se distinguen distintos tipos de depósitos de relave:

−Depósito de relave Filtrados −Depósito de relave Espesados−Depósito de relave en Pasta −Embalses de relave

−Tranques de relave



TRANQUES DE RELAVE

Tranque tipo aguas arriba (up stream)

Tranque tipo eje central (center line)

Tranque tipo aguas abajo (down stream)

Disposición de relaves mediante hidrociclones


OTROS DEPÓSITOS DE RELAVE

Embalse o tranque con material de empréstito Depósito de relave en pasta

Depósito de relave filtrado Depósito de relave espesados


Según datos de SERNAGEOMIN, 2015, existen651 depósitos de relaves en el territorionacional, de los cuales 158 se encuentranactivos, lo que corresponde al 24%. La mayorparte de los depósitos catastradoscorresponden a tranques de relave. Lamayoría de los depósitos se distribuyen entrelas regiones II y Metropolitana, destacando laabundancia en las regiones de Atacama yCoquimbo.

Depósitos a nivel nacional, según estado.Fuente: Catastro de deposito de relaves, 2015



ESTABILIDAD FÍSICA EN DEPÓSITOS DE RELAVE

Entre los principales factores que afectan la estabilidad de un depósito de relave están:

– Condiciones de emplazamiento (Climatología y factores geológicos como Sismicidad; Condiciones de fundación; Pendiente del suelo fundación y grado de confinamiento del terreno circundante)

– Deficiencias del diseño (método de construcción ; configuración geométrica (altura, volumen, ángulo de talud); propiedades geotécnicas del relave)

– Inadecuada operación y control (control del material, control geométrico; controles geotécnicos (compactación, humedad, nivel piezométrico); tasa de depositación.


PRINCIPALES RIESGOS DE INESTABILIDAD FÍSICAASOCIADOS A TRANQUES DE RELAVE

– Inestabilidad de taludes en condición estática o sísmica – Licuación sísmica del muro resistente– Licuación estática del muro resistente– Rebalse y vaciamiento– Deformaciones excesivas del muro resistente– Erosión interna del muro resistente– Inestabilidad del suelo de fundación– Erosión del muro resistente por efecto hídrico o eólico


ESTABILIDAD FÍSICA EN DEPÓSITOS MASIVOS. DEPÓSITOS DE RELAVE

Overtopping: Este fenómeno tiene dos opciones de falla, las de tipoprolongado y las de ola. Las fallas prolongadas ocurren cuando lacota del espejo de agua es mayor a la cota que posee el prismaresistente del depósito, mientras que la de ola se genera cuandopequeños volúmenes de agua que pasan por sobre el prismaresistente producto del viento, sismo o deslizamientos de tierra alinterior de la cubeta. Todos los casos son peligrosos puesto quegeneran erosión y fuerzas imprevistas sobre el muro del tranque. Lacausa más común de overtopping son los eventos climáticos, comolluvias intensas en un corto periodo de tiempo.



Erosión interna (Piping/tubificación): Corresponde al arrastrede material fino a lo largo de una vía de filtración, a través obajo un depósito, formando una red de micro tubos,permitiendo el flujo constante a través de ellos. Latubificación se puede generar a partir de filtracionesexistentes en la cara de un depósito, con suficiente velocidadpara causar la erosión interna. Los espacios resultantesvaciados promueven la progresiva erosión desde aguasarriba, en el peor de los casos la filtración puede darresultado a la creación de un canal directo desde la cubeta ala cara de la presa.



Falla del suelo de fundación: Estos problemas no son ajenos a lasestructuras de tierras, ya que si existe una capa débil de suelo o roca apoca profundidad bajo la estructura, podrían ocurrir movimientos a lolargo de un plano de falla, si es que el peso de la estructura produceesfuerzos que superen la resistencia al corte del suelo en la capa débil. Lasfallas del suelo de fundación, la mayoría de las veces se generan debido auna falta de información o malinterpretación de los antecedentesdisponibles. Una falla del suelo de fundación se puede generar por lossiguientes mecanismos: erosión interna bajo el tranque, colapso oderrumbe del suelo de fundación, o consolidación. Las propiedades queson importantes a conocer corresponden al tipo de suelo de fundación ylas fracturas presentes en la roca basal. (Boyer, 2006).



Inestabilidad de talud: Puede ser generada por taludes conpendientes importantes, cercanos al ángulo en reposo que adoptaneste tipo de materiales en estado saturado; variación de la posicióndel nivel freático en relación al considerado en el diseño deltranque, debido a crecidas, lluvias intensas; mal manejo de lalaguna de “aguas claras”; aumento del grado de saturación poroperación inadecuada; presencia de una capa de baja resistenciaen el muro resistente; pérdida de resistencia al corte y/oasentamientos del suelo de fundación; geometría inadecuada enrelación al ancho de coronamiento, y altura de revancha. Lainestabilidad de talud sísmica corresponde a una falla originada porla carga cíclica aportada por el sismo y depende mucho de laspropiedades de los materiales usados para construir el prismaresistente, así como de las propiedades de los relaves contenidosen la cubeta.



Licuación sísmica: Se produce por la acción de fuerzas cíclicas externasde rápida acción tales como sismos y explosiones, en el caso dedepósitos que no han sido diseñados, construidos u operados demanera adecuada. La acción de estas solicitaciones conduce alaumento de las presiones intersticiales, sin posibilidad de que seandisipadas de manera rápida en relación al tiempo de carga, hastaanular parcial o totalmente los esfuerzos efectivos de confinamiento ypor consecuencia la resistencia al corte de las arenas.

Luego se genera el colapso de la estructura constituida por laspartículas, generándose grandes deformaciones debido a la bajaresistencia al corte de los materiales. Debido a la alta humedad, ydensidades relativamente bajas alcanzadas por los relaves vertidos pormétodos hidráulicos sin compactar, éstos son muy sensibles a laLicuación (Zardari, 2011).



Licuación estática: La disminución de la resistencia puedeocurrir debido a una tasa de depositación rápida(Esfuerzos verticales mayores) y/o a un aumento súbito delnivel freático (incremento de la presión de poros)generalmente asociados a una precipitación fuerte, o lafalla de estructuras contenedoras de agua.


CASOS DE INESTABILIDAD FÍSICA TERREMOTO 2010

Empresa/tranque Ubicación Estado Causas Consecuencias

Cía. Minera Chilena Rumana.

TranquePlanta Chacón

Localidad de Chancón, VI Región de O’HigginsDistancia Epicentral

281 km

Tranque antiguo no operativo

adosado a un embalse de

relaves nuevo.

− Compactación delmuro resistenteinsuficiente.

− Ángulo de taludexterno del muroresistente > 1:1,8 (V:H).

− Fractura longitudinal, subsidenciasy desplazamientos del muro deresistente

− El colapso provocó disminucióndel volumen útil de la cubeta delembalse de relaves adyacente.

Vista en la parte centraldel Tranque que fueafectado por el terremoto


CASOS DE INESTABILIDAD FÍSICA EN INSTALACIONES REMANENTES


Cía. MineraClarita.Tranque Nº 1

Sector El Asiento,San Felipe, VRegión deValparaísoDistancia Epicentral415 km

En operaciónhasta octubre de2009 y siendoparalizadoen formadefinitiva.

− Compactación insuficiente delmuro resistente.

− Ángulo de talud externo delmuro resistente > 1:1,2 (V:H).

− El método de construcción“aguas arriba”

El colapso provocó quegran volumen del materialde relaves se desplazaracerro abajo cubriendo elTranque N° 2 fuera deoperación.

Gran parte del material derramado delTranque N°1 cubrió el Tranque N°2

Vista Fracturas longitudinales, subsidencias y desplazamiento



Tranque deRelaves Veta delAgua N° 5

Comuna deNogales,Sector El Melón,Quillota, V Regiónde ValparaísoDistancia Epicentral400 km

Fuera deoperacióndesde elaño 1998

− Compactación insuficientedel muro resistente.

− Ángulo de talud externodel muro resistente >1:1,4 (V:H).

− El método de construcción“aguas arriba”

− El colapso provocó obstrucción conrelaves de una quebrada adyacente yparalela al muro de arenas en unaextensión del orden de 100 (m) delongitud.

− El material de relaves obstruye el flujode agua del estero “El Sauce”.

Vista del Tranque N° 5después de la falla

Relave disperso a lolargo de la quebrada Relave disperso a lo ancho de la quebrada




COMINOR.Tranque LasPalmas

ComunadePencahue,VII Regióndel MauleDistanciaEpicentral133 km

Fuera deoperacióndesde el año1997,cubierto concapa dematerialarcilloso

Licuación sísmica a nivel basalen muro resistente y de lacubeta de embalse, por lasaturación (0,5 a 1,0 m)generada por una vertienteno visible, que no fuedetectada con posterioridadal cierre.

− Colapso por licuación provocó accidentefatal a 4 personas que habitaban en unavivienda cercana. Sin embargo el muro departida redujo el volumen de flujo.

− Obstrucción con relaves de los esteros “LosLadrones” y “Las Palmas”.

− Dispersión de relaves en suelos aledañosde particulares.

Afloramiento de agua que saturó el relaveZona de falla y dirección de flujo del relave licuado



Represamiento de agua producido porderrame de relave en estero Los Ladrones

Cauce del estero Los Ladrones rellenadopor el escurrimiento de relave

Tranque de relave después de la falla



FACTORES GEOTÉCNICOS CLAVES PARA REDUCIR EL RIESGO DE INESTABILIDAD EN TRANQUES DE RELAVE

– Pendiente de taludes adecuada

– Granulometría del relave y Nivel de Compactación adecuado

– Parámetros resistentes del relave adecuados

– Bajas o nulas presiones intersticiales al interior del prisma resistente

– Altura de revancha y ancho de coronamiento suficientes

– Eficiente Sistema de Drenaje


FACTORES GEOTÉCNICOS CLAVES PARA REDUCIR EL RIESGO DE INESTABILIDAD EN TRANQUES DE RELAVE

Chile se ubica en una zona geográfica donde ocurren megaterremotos, lo que requiere que se diseñen yconstruyan depósitos con un adecuado nivel de seguridad en relación a su estabilidad mecánica.

Fecha y hora Nombre Zonas afectadas MS Mw Muertos16 de agosto, 1906 (19.48) Valparaíso de 1906 V Región 7,9 8,2 300010 de noviembre, 1922 (23.53) Vallenar de 1922 III Región 8,4 8,5 8001 de diciembre, 1928 (00.06) Talca de 1928 VII Región 8,3 30025 de enero, 1939 (23.32) Chillán de 1939 VII y VIII regiones 8,3 250006 de abril, 1943 (12.07) Ovalle de 1943 IV Región 8,3 8,2 1222 de mayo, 1960 (15.11) Valdivia de 1960 VIII, IX, X y XIV regiones 8,5 9,5 200020 de diciembre, 1967 (22.25) Tocopilla de 1967 II Región 7,5 108 de julio, 1971 (23.03) Illapel de 1971 IV y V regiones y R.M. 7,5 8516 de octubre, 1981 La Ligua de 1981 V región 7,5 7,5 03 de marzo, 1985 (19.46) Santiago de 1985 V, VI, VII regiones y R.M. 7,8 8 17713 de junio, 2005 (18.44) Tarapacá de 2005 I Región 7,8 7,8 1114 de noviembre, 2007 (12.40) Tocopilla de 2007 I y II Región 7,5 7,7 227 de febrero, 2010 (03.34) Cauquenes de 2010 V, VI, VII, VIII, IX, X, XIV regiones y R.M. 8,8 8,8 5211 de abril, 2014 (20.46) Iquique 2014 I; II y XV Regiones 8,2 716 de septiembre, 2015 (19.54) Coquimbo 2015 III, IV, V, VI Regiones y R.M. 8,4 15


Pendientes del talud, Altura de revancha y ancho decoronamiento suficientes

Controles topográficos

Banda granulométrica arenas de relaves

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.1 1 10Tamaño (mm)

% Q

ue p

asa

Límite inferior Límite superior

Control del Material

Granulometría del relave

% finos* < 20%*(diámetro partículas < 0,076 mm)

Permeabilidad superior a 10 ‐4 cm/s

CONTROLES GEOTÉCNICOS OPERACIONALES EN TRANQUES DE RELAVE


Nivel de Compactación adecuado

Densímetro nuclear.

Ensayo del cono de arena(LNV 62 o NCH 1516)

Espesor capas > 20 cm y < 50 cmDensidad del relave ≥ 95 % OPN

Ensayos de penetraciónNCh3261‐2012



Parámetros resistentes del relave adecuados Envejecimiento Poste 40 A. AR

0,0

1,2

2,4

3,6

4,8

6,0

7,2

8,4

9,6

10,8

12,0

13,2

14,4

15,6

16,8

18,0

19,2

20,4

0 15 30 45 60 75 90 105

120

135

150

165

180

195

Nº de Golpes

Prof

undi

dad

(mt)

1992 1997 2000 2002

Seguimiento de efectoenvejecimiento.Ensayos de laboratorio

Ensayos de penetración



Bajas o nulas presiones intersticiales al interior del prismaresistente

Eficiente Sistema de Drenaje



ALTERNATIVAS EFICIENTES Y AMIGABLES CON EL ENTORNO

Encapsulamiento y aislación de depósitos

Remoción y reubicación de depósitos

– Reubicación de antiguos depósitos en áreas más seguras y amigables con elentorno (con o sin reprocesamiento del material)

– Backfill de rajos y minas

– Reutilización de residuos como material de construcción

– Disposición controlada en el mar ¿¿Es posible??


DESAFÍOS A CONSIDERAR EN DEPÓSITOS DE RELAVE

El incremento esperado de la producción, sumado a la escasez de superficie para los depósitos y elcuestionamiento por parte de la comunidad, sugieren revisar los procedimientos actuales de depositación,evaluar la metodología de diseño de nuevos depósitos y buscar alternativas para mitigar el impacto quepueden generar aquellos tranques que actualmente se encuentran en operación (ROADMAP TECNOLÓGICO DE LAMINERÍA 2035).


Grupo de GeotecniaPontificia Universidad Católica de Valparaíso

[email protected]


Minimizar el impacto de las infiltraciones y asegurar laestabilidad de los depósitos

−Cero descarga a través de la captura y tratamiento de infiltraciones y aguas de contacto.• Perfeccionamiento y desarrollo de métodos pasivos, activos

y combinados.• Tecnologías para evitar la generación de infiltraciones post‐

cierre, incluyendo el manejo de las aguas superficiales y suinteracción con el depósito, e impermeabilización(recubrimiento o sellado) de los depósitos.

−Tratamiento y neutralización de residuos previo a su depositación.• Perfeccionamiento y desarrollo de tecnologías de bajo costo,

simples, eficientes y escalables para el tratamiento(neutralización) de los residuos previo a su depositación.



− Impermeabilización de futuros depósitos.• Desarrollo de tecnologías para la impermeabilización de la base de futuros

depósitos como biosellado, polímeros, otros.

−Localización y seguimiento de infiltraciones.• Perfeccionamiento y desarrollo de tecnologías de bajo costo para la

localización y seguimiento de infiltraciones.

−Nuevas técnicas de caracterización de sitios para depósitos.• Perfeccionamiento y desarrollo de tecnologías de bajo costo para la

caracterización de sitios.



−Control de emisión de material particulado.• Perfeccionamiento de tecnologías existentes tales como

fitoestabilizadores, supresores, biomejoradores de suelo, coberturasgranulares, biosellado y otras.

• Perfeccionamiento y desarrollo de modelos predictivos.• Desarrollo de trazadores.• Desarrollo nuevas tecnologías para el control emisiones.

−Encapsulamiento de los depósitos • Perfeccionamiento y desarrollo de nuevas tecnologías para el

encapsulamiento de los residuos.



Promover la conversión desde un pasivo a un activo

−Búsqueda de usos industriales de residuos• Desarrollo de usos industriales para el residuos.• Impermeabilización y relleno de excavaciones mineras.• Perfeccionamiento y desarrollo de tecnologías de bajo costo,

simples, eficientes y escalables para el tratamiento(neutralización) de los residuos previo a su uso.

−Recuperación de elementos valiosos.• Perfeccionamiento y desarrollo de tecnologías de bajo costo

para caracterización del relave para la recuperación deelementos valiosos.

• Perfeccionamiento y desarrollo de técnicas de muestreo paralograr una alta recuperación.

• Marcha analítica: tierras raras, otros elementos de interés.• Perfeccionamiento y desarrollo de tecnologías para la

recuperación de elementos de interés.



−Utilización de la superficie de depósitos para otros fines.• Industriales, recreativos.

ALTERNATIVAS EFICIENTES Y AMIGABLES CON EL ENTORNO. DESAFÍOS A CONSIDERAR EN OBRAS


Propiciar la inclusión y aceptación comunitaria

−Captura y comunicación en tiempo real de variables críticas para el depósito y su entorno.• Definición de estándares seguros para la

implementación de redes locales/operacionales.• Desarrollo de interfaz comunicacional operador‐

comunidad‐proceso.• Perfeccionamiento y desarrollo de modelos

fenomenológicos.• Desarrollo de sensores para medición de variables

críticas en línea.

−Desarrollo de productos de valor compartido.• Generación de energía a partir del transporte de

relaves.• Aguas para diferentes usos en función de su calidad.



Grupo de GeotecniaPontificia Universidad Católica de Valparaíso

[email protected]

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