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Guía Ambiental Para el Manejo de Relaves Mineros
INTRODUCCION
- Propósito y Alcances
Esta Guía de Manejo de Relaves Mineros proveniente de la Industria Minero-Metalúrgica, ha sido preparada bajo los auspicios del Banco Mundial en asociación con el Programa de Asistencia Técnica al Ministerio de Energía y Minas del Perú. En este contexto, la Asistencia Técnica del Banco Mundial contempla la revisión, modernización y consolidación de asuntos ambientales relacionados a la actividad inera en el país. Dentro de los requerimientos para esto tenemos:
Identificación de las principales prácticas ambientales y su implementación en la actividad minero-metalúrgica con el objeto de mitigar la degradación ambiental generada por la industria. Diseño de un programa general para implementar las prácticas ambientales en la industria minero-metalúrgica en forma sistemática y progresiva.
Se ha determinado que una de las primeras actividades relacionadas con estos objetivos es la preparación de la presente Guía para el Manejo de los Relaves Mineros provenientes de la Industria Minero-Metalúrgica, la que debe dar una visión panorámica del planeamiento, diseño, operación, mantenimiento y cierre de los depósitos de relaves.
Su propósito es que pueda ser usada como un documento de referencia y soporte técnico para ayudar en la preparación de los Estudios de Impacto Ambiental y los Programas de Adecuación y Manejo Ambiental (PAMA) según lo requiere la regulación para la protección ambiental en las actividades mineras y metalúrgicas (DS No. 016-93-EM) y su modificación (DS No. 059-93- EM). En una perspectiva a largo plazo, esta Guía se propone ayudar a la industria, a los consultores, y al personal del gobierno a comprender el amplio y complejo problema asociado con el manejo de los relaves, enfatizando no sólo las condiciones operacionales sino también aquéllas posteriores a la clausura. Para este fin, la Guía se orienta primariamente hacia lectores que tienen diversas experiencias técnicas con poco contacto con los tópicos tratados. A excepción de unos pocos factores de particular importancia, los detalles pertinentes a la investigación y análisis no son tratados explícitamente pero se hace referencia a ellos en la literatura técnica respectiva.
El objeto de este documento está centrado específicamente en el manejo de los relaves de los procesos de flotación en la extracción metalúrgica de minerales metálicos, aunque muchos de los conceptos discutidos se aplican en principio a relaves no metálicos tales como los desechos finos del carbón. Otras Guías se orientarán complementariamente hacia tópicos que incluyen procedimientos para el monitoreo de aguas, procedimientos para monitoreo de aire, procedimientos para preparación de los PAMA, procedimientos para preparar los Estudios de Impacto Ambiental y Guías para el drenaje ácido, plan de cierre, lixiviación, exploración, manejo del cianuro y otros reactivos químicos,manejo del agua, vegetación y calidad de aire, entre otros. Se intenta a través de esta Guía presentar la tecnología avanzada del manejo de relaves tal como se practica actualmente a nivel mundial y al mismo tiempo mantener un balance con la naturaleza y niveles de tecnología ap ropiados para el Perú.
En ese sentido la tecnología apropiada es aquella que reconoce factores tales como el geográfico, climático y geológico que son muy peculiares en el Perú, así como los niveles de complejidad consistentes en su infraestructura y la disponibilidad de habilidades técnicas especializadas. Adicionalmente, el costo del manejo de relaves puede tener una influencia significativa en la viabilidad económica de cualquier operación minera, y este factor debe ser considerado en el contexto de una nación en desarrollo con muchas necesidades sociales y económicas. Estos impactos económicos variarán de acuerdo al tamaño y complejidad de cada operación minera individual.
Por estas razones, esta Guía adopta un punto de vista consistente con lo expresado en los requerimientos del programa al que se hizo referencia anteriormente: que las prácticas ambientales en el manejo de relaves deben ser implementadas progresivamente a lo largo del tiempo, con mejoras en tecnología que se desarrollen sistemáticamente hasta niveles más avanzados conforme al desarrollo técnico, socioeconómico y ambiental que el país realice. En esta forma el desarrollo de la tecnología del manejo de relaves y las mejoras ambientales que se logren, continuarán de una manera sostenible.
- Desarrollo Histórico de la Tecnología de Relaves
Una breve revisión de la evolución del manejo de relaves a nivel mundial nos proporciona antecedentes útiles para comprender la tecnología actual. Aunque se sabe que el oro y la plata ya habían sido explotados por los Incas en tiempos Pre-Colombinos, la historia documentada de la minería en el Perú data de la conquista por Pizarro en 1535. A través del Viejo y Nuevo Mundo en ese entonces, el oro era extraído por reducción directa (fundición) de minerales excepcionalmente ricos, pero principalmente por amalgamación con mercurio. La amalgamación de los minerales de oro como son descritos por Agrícola en 1556 (y posteriormente extendida a la plata a fines del siglo XVI) empleaba molinos de mineral impulsados por caballos para moler el mineral en un patio circular o «arrastra», algunas veces en adición a molinos primitivos cuya energía era proporcionada por caídas de agua donde ésta fuera disponible. Desde el punto de vista ambiental, la cantidad de roca chancada y de desmonte fue pequeña y se hicieron esfuerzos para recuperar y conservar el mercurio, el cual era casi tan preciado como el mismo mineral. Sin embargo, grandes cantidades de mercurio permanecen distribuidas alrededor de la ubicación de las viejas minas de plata en el Perú y constituyen un serio riesgo ambiental aún hoy día.
Las primeras actividades mineras ocasionaron también problemas de calidad de agua. En lo que es posiblemente una de las primeras referencias al drenage ácido, Agrícola (en 1556) observó:
«El argumento más fuerte de los detractores de la minería es que los campos son devastados por las operaciones mineras... Además, cuando los minerales son lavados, el agua que ha sido utilizada envenena las corrientes de agua y destruye los peces o los ahuyenta... Así como se ha dicho, es claro para todos que hay un gran detrimento de la minería que supera el valor de los metales producidos por la mina».
Las prácticas de chancado similares fueron adoptadas para los minerales básicos y esto parece haber cambiado muy poco hasta mediados de 1800 cuando la introducción del vapor incrementó notablemente la capacidad de los molinos de caída libre (stamp mill) y por lo tanto la producción de desechos. Después de la separación de las partículas de mineral chancado, de acuerdo a diferencias en su gravedad específica, las partículas remanentes o «colas» también «relaves», fueron acumuladas en una ubicación conveniente, usualmente sobre el curso más cercano de agua, a fin de que fueran arrastradas por él.
Dos desarrollos significativos ocurrieron en los años 1890: el desarrollo de la «flotación» y la introducción del cianuro para la extracción de oro. La flotación permitió la producción de cantidades aún mayores de relaves con contenido de arena muy fina y partículas sumamente pequeñas (lamas). Sin embargo, las prácticas de disposición previas permanecieron por mucho tiempo sin sufrir cambios, ocasionando que los relaves fueran depositados sobre mayores distancias de arroyos y lagos.
Al mismo tiempo, distritos mineros remotos empezaron a florecer en muchas partes del mundo, atrayendo el desarrollo agrícola como complemento. Esto alimentó conflictos sobre el uso del agua y su disponibilidad ya qu e los relaves acumulados empezaron a obstruir los canales de irrigación y a contaminar las tierras de cultivo aguas abajo. Estos asuntos fueron litigados en muchos distritos mineros de Norteamérica y Europa entre 1900 - 1930, lo cual en forma gradual determinó el cese de la descarga descontrolada de relaves y dio paso a la construcción de algunas de las primeras presas para almacenar relaves. Muchas de estas presas originales
el viento, tales como el plomo. Un problema más severo conocido genéricamente como «drenaje ácido de roca» o ARD (Acid Rock Drainage), es la generación de ácido y metales acompañantes en solución debido a la oxidación de los minerales sulfurados que pueden estar contenidos en los relaves, desmontes de roca, y las superficies expuestas a la mina. Con características específicas para cada cuerpo mineralizado y difícil de generalizar, la compleja físico-química y bioquímica del proceso ha sido reconocida recientemente, pero los métodos experimentales para diagnosticar el problema aún no han podido ser totalmente comprobados en la práctica.
La investigación sobre métodos para mitigar el ARD en los depósitos de relaves es contínua, pero no hay método singular aplicable y apropiado para todas las condiciones.
La tecnología para la mitigación del ARD está aún en su infancia y las soluciones se desarrollan para cada caso específico. Aún así, ahora se reconoce que la consideración de estos asuntos no puede postergarse hasta la clausura y abandono del depósito, pues las medidas de mitigación entonces necesarias pueden ser incompatibles con las condiciones que existan. En cambio y de acuerdo a la filosofía que ahora se conoce como «Diseño para el Cierre», estas medidas deben ser integradas desde las primeras etapas del planeamiento de relaves, con planes específicos y detallados, que cubren la estabilidad física y química desde el inicio de la descarga de relaves durante toda la vida operativa de la mina y hasta mucho más allá del cierre de la mina.
En general, este documento es consecuente con la historia de la tecnología del manejo de relaves y muchas de las lecciones aprendidas de experiencias del pasado forman las bases de la práctica internacional actual. Este desarrollo histórico debe ser especialmente útil al lector para interpretar las prácticas actuales en el Perú dentro del contexto de una tecnología internacional más amplia para el manejo de los relaves.
- Prácticas Actuales y Futuras de Manejo de Relaves en el Perú
Actualmente el Perú tiene 176 minas metálicas en operación con un número desconocido de depósitos de relaves activos e inactivos. De estas minas, 54 producen más de 100 tons/día y sólo 26 más de 500 tons/día. Siete de éstas son operaciones a tajo abierto con minas subterráneas completando la diferencia. Este inventario de pequeñas minas subterráneas primarias contrasta con las grandes operaciones a tajo abierto que prevalecen en Norteamérica e influencia el nivel de la tecnología de manejo de relaves que se practica actualmente en el Perú.
Aunque hay excepciones, en el Perú predomina el tipo de tecnología de disposición de relaves anterior a 1940 descrita en la sección anterior. Por ejemplo, la descarga descontrolada de grandes cantidades de relaves (hasta 4, tons/día) directamente a los ríos es practicada en algunas operaciones, mientras que la descarga también descontrolada a lagos o playas del mar también es frecuente. Sin embargo, en la mayoría de las minas se han construido presas de relaves en un intento de mantener a éstos fuera de los arroyos y ríos; dichas presas han tenido un éxito relativo. Esta práctica, presenta por sí sola un tremendo desafío para muchas minas en los Andes, con extremos topográficos rara vez encontrados fuera de los Himalayas. Debido a la disponibilidad muy limitada de equipo de movimiento de tierra de gran capacidad en la mayoría de las minas subterráneas pequeñas, los métodos de construcción de presas para relaves están limitados, principalmente, a la descarga directa por grifos, cicloneo y labor manual. Las prácticas de diseño de las presas para relaves son casi enteramente empíricas y típicas de aquellas utilizadas en la industria minera con anterioridad a la amplia transferencia del conocimiento geotécnico e hidrológico aportado por la tecnología de diseño de presas de agua.
Desde un punto de vista de ingeniería, la mayor deficiencia del diseño de estas presas para relaves es que no toman en cuenta eventos extremos (inundaciones y terremotos), ni durante el proceso de diseño de la presa ni durante el establecimiento del depósito. Así, el tipo de presas de relaves sísmicamente vulnerables, «aguas arriba», predomina en el Perú; el sistema
de derivación del agua superficial tiene capacidad para un poco más que el flujo normal y los depósitos de relaves están colocados en cañones muy empinados donde los devastadores huaycos limitan su existencia a unos pocos años. Las prácticas actuales de las presas de relaves tienden a considerar casos extremos que tienen intervalos de recurrencia de quizás algunas pocas decenas de años, con la percepción en algunas minas de que la protección contra inundaciones no es necesaria en climas secos y que los terremotos son demasiado esporádicos como para prestarles mucha atención. La práctica internacional sobre seguridad en presas de relaves que requieren un diseño para casos extremos, y consideran intervalos de ocurrencia de muchos cientos o miles de años (para no mencionar los conceptos de la «precipitación máxima probable» o el «terremoto máximo creíble») son ampliamente desconocidos. Esto ha dado como resultado que la ocurrencia de fallas sísmicas e hidrológicas ocasione la ruptura de diversas presas de relaves en el Perú, determinando numerosas pérdidas de vida.
Al mismo tiempo, sin embargo, varias minas en el Perú utilizan actualmente prácticas novedosas de disposición de relaves, tal como el relleno subterráneo, método de descarga espesada y disposición de relaves deshidratados. Estas operaciones demuestran claramente que alternativas a los depósitos de relaves convencionales pueden ser prácticas y posibles en el Perú.
Por lo tanto, es importante interpretar los objetivos de la protección ambiental en el contexto de estas realidades. Al nivel actual de la tecnología de manejo de relaves en el Perú, la protección ambiental es de principal interés para la salud humana y la seguridad. Esto se refleja de inmediato en la necesidad de adoptar prácticas y procedimientos de ingeniería para brindar protección contra la pérdida de vidas ocasionadas por las fallas de las presas de relaves junto con la necesidad de mantener los relaves y el agua de proceso fuera de los riachuelos y ríos no sólo durante la operación de la mina sino por un período indefinido de tiempo posterior a su cierre.
El desarrollo cronológico de las prácticas de relaves descritas en el punto 2 también proporciona una referencia útil para evaluar las prácticas actuales sobre calidad de agua en el Perú. Con excepción de las regiones desérticas del sur del país, en muy pocos depósitos de relaves se recircula el agua de proceso hacia la concentradora. En lugar de ello, el agua de proceso se descarga directamente desde el depósito a los arroyos y ríos, utilizando agua fresca para satisfacer las necesidades de la concentradora. A causa de las restricciones topográficas, el tamaño reducido de muchos depósitos de relaves limita el tiempo de retención para la sedimentación de las partículas finas del relave, ocasionando así dificultades para controlar los sólidos suspendidos en las aguas de proceso que vierten muchas minas pequeñas. La preocupación por la protección del agua subterránea que se inició en Norteamérica en la década de los 80, no ha repercutido aún en el Perú, debido probablemente a que casi todas las fuentes de agua en el país se desarrollan actualmente a partir de aguas superficiales o acuíferos directamente conectadas a las aguas de superficie. La preocupación por la calidad de las aguas superficiales está directamente relacionada con la salud humana y con la irrigación. En este contexto, la calidad del agua superficial relacionada con la minería en el Perú no se diferencia mucho de aquellas existentes en otros lugares en los días en que los relaves eran descargados directamente a los ríos y corrientes de agua.
Por ejemplo, por lo menos 8 ríos principales en el Perú están afectados por altos niveles de cianuro y/o metales, incluyendo cobre, plomo, zinc, cadmio, arsénico, níquel, y mercurio (DGAS, 1992). Al mismo tiempo, sin embargo, algunos de estos ríos son también afectados por contaminantes que no están relacionados a la minería, tales como los coliformes y nitratos, incluyendo el Rímac que es la única fuente de agua de beber para 8 millones de habitantes en Lima.
Internacionalmente, los estándares restrictivos para la calidad del agua superficial son aún más severos que aquéllos para el agua de bebida y son derivados frecuentemente de la baja tolerancia a los metales por parte de la vida acuática sensitiva, tal como los peces salmónidos. Desde un punto de vista práctico, tales estándares no parecen ser muy apropiados en el corto
incorporar una provisión para contingencias causadas por extensión de las reservas de mineral.
Cierre. El período de cierre comienza al término de las operaciones de la concentradora y de la descarga de relaves. Durante este tiempo se construyen las instalaciones adicionales que puedan ser requeridas para alcanzar la estabilidad física o química a largo plazo (por ejemplo, zanjas y conductos permanentes de derivación del agua); y se inicia la rehabilitación (por ejemplo, colocando tierra de cultivo y sembrando). El período de cierre requiere el monitoreo de estos parámetros adicionales por el período de tiempo necesario para asegurar su adecuado funcionamiento y para realizar cualquier modificación necesaria. En el caso que se proporcionen fianzas, garantías, bonos u otros documentos financieros para garantizar el cumplimiento exitoso de las medidas de cierre; entonces el fin del periodo de cierre coincidirá con la devolución de los bonos fianzas, etc. de la compañía minera. En general, el tiempo de cierre puede tomar de 2 a 30 años, aunque es típico el lapso de 5 a 10 años y depende de la complejidad y requerimientos técnicos de las medidas de cierre y el monitoreo pertinente. Las medidas de cierre deberán ser tales que su implementación sea también factible en la eventualidad del cese prematuro de las operaciones, debiendo incluirse también, en el planeamiento de cierre, las condiciones de contingencia para la suspensión temporal de las operaciones.
Post-cierre. El post-cierre o abandono comienza a continuación de la exitosa terminación de las medidas de cierre y se extiende tanto como se requiera para que la estabilidad física y química del depósito de relaves quede asegurada. Para propósitos prácticos, esto generalmente significa indefinidamente y para circunstancias que involucran ARD ello puede alcanzar períodos de hasta 1000 años. Una implicancia importante es que las consideraciones de diseño para casos extremos tales como inundaciones y terremotos, deben ser capaces de acomodar los eventos más grandes que puedan ocurrir, potencialmente mucho más grandes que aquellos requeridos para el diseño durante el período de operación.
Con estas etapas en la mente, los objetivos del manejo de relaves pueden ser establecidos simplemente de la siguiente manera:
- La estabilidad física de los depósitos de relaves debe estar asegurada durante la operación, cierre y a lo largo del período de post-cierre. La seguridad de las poblaciones afectadas, contra los efectos físicos de una falla en el depósito, debe ser considerados siempre en primer lugar. Aunque ciertas medidas de mitigación ambiental pueden entrar a menudo en conflicto con requerimientos de estabilidad física, este objetivo no puede ser comprometido. No hay mitigación ambiental posible por mucho tiempo, a menos que los depósitos permanezcan estables.
- La migración de contaminantes a través del aire, agua superficial o subterránea debe ser minimizada. Durante el período de operación podrían requerirse medidas estructurales (por ejemplo recubrimientos para reducir la infiltración) a fin de cumplir con este objetivo, dependiendo de los Límites Máximos Permisibles de Emisión establecidos por el Ministerio de Energía y Minas. En otras circunstancias operacionales, pero especialmente durante el período post-cierre (debido al inevitable deterioro de materiales manufacturados), podría autorizarse la consideración de los procesos naturales de mitigación de contaminantes conjuntamente con la capacidad de asimilación del ambiente natural. En términos generales, las medidas pasivas que se basan en características intrínsecas de los materiales y procesos naturales deben ser preferidas sobre los sistemas activos e instalaciones que requieren operación y mantenimiento apropiados para que funcione según lo proyectado.
- No es recomendable considerar el monitoreo o mantenimiento a largo plazo para satisfacer los dos objetivos anteriores durante el período de post-cierre. Por último, alguna institución gubernamental debe ser responsable de conducir y controlar tales requerimientos y no es razonable o práctico por ahora, esperar que el Ministerio de Energía y Minas u otro cuerpo gubernamental en el Perú acepte tal responsabilidad, aún si los fondos son proporcionados por la compañía minera. Esto significa que los depósitos de relaves deben alcanzar un
status de «salida» («walk-away») a través del período de post-cierre, sin la necesidad anticipada o pronosticada de mantenimiento, reparación o intervención.
Los objetivos para el manejo de relaves son metas deseables que pueden ser imposibles de satisfacer íntegramente en cualquier circunstancia dada. Sin embargo, ellas forman un conjunto de criterios consistentes por medio del cual las alternativas, métodos y planes específicos pueden ser evaluados.
Varias observaciones importantes surgen directamente de estos objetivos. Primero, la descarga directa de relaves a riachuelos y ríos no puede alcanzar los objetivos de estabilidad física o minimización de la migración de contaminantes. La deposición y transporte de relaves y los contaminantes correspondientes continuará ocurriendo indefinidamente, por la acción de procesos fluviales naturales que no pueden ser pronosticados o controlados confiablemente. Segundo, la recirculación del agua de proceso de la concentradora debe ser maximizada a fin de lograr el objetivo de minimizar la contaminación. Es casi siempre posible, y económicamente aceptable, capturar y recircular la mayor parte del agua de proceso de la concentradora, excepto en climas húmedos en donde la precipitación es tan alta que la descarga directa de las escorrentías acumuladas no pueda ser evitada.
Finalmente, no habrá introducción completa al tópico del manejo de relaves en el Perú si no se indica que la dificultad en alcanzar los objetivos para el manejo de relaves, requiere un esfuerzo coordinado entre la gerencia de la mina y el personal de operaciones. El mensaje fundamental que esta Guía puede dar es que el manejo de relaves debe ser considerado tan importante como la recuperación del metal. Del mismo modo que, ningún proyecto minero serio puede ser planificado u operado sin un esfuerzo enorme de parte de geólogos, ingenieros de minas, ingenieros metalúrgicos, analistas financieros altamente entrenados y experimentados, tampoco es posible un adecuado manejo de los relaves sin la contribución de técnicos especialistas en los campos del procesamiento de minerales, tratamiento de agua, geoquímica, construcción civil, sismología, hidrología, agronomía, y biología, así como ingenieros en geotécnia, hidráulica e ingeniería de minas. Es esencial que todas las fases del manejo de relaves sean conducidos bajo la directa supervisión de especialistas, no únicamente bien entrenados y competentes en estos campos, sino que también cuenten con experiencia práctica en el tema de relaves.
CARACTERISTICAS
Capítulo I. CARACTERISTICAS DE LOS RELAVES
- Tipos de Residuos Mineros
Hay diferentes y variados procesos para la extracción de mineral, comunmente empleados en la industria minera. Pero esta Guía trata solamente con los residuos sólidos y líquidos generados por la concentración y cianuración. La concentración no es practicada en cada mina y el lector debe tener en cuenta que relaves, tal como se define más adelante y son considerados en esta Guía, estarán asociados únicamente con aquellas minas que la efectúan. Además, esta Guía está específicamente orientada a los relaves derivados de la extracción de metales preciosos (oro, plata) y metales básicos (cobre y plomo/zinc o Cu y Pb/Zn), ya que estos minerales son los que dominan la industria minera peruana en el futuro previsible. Los minerales polimetálicos son aquellos a partir de los cuales se extrae una amplia variedad de metales y son usualmente altos en minerales sulfurados, tal como la pirita. Otros relaves tales como aquellos derivados del hierro y del lavado del carbón no se discuten aquí, pero muchos de los mismos principios son aplicables.
a) Origen y Producción de Relaves de Concentradoras
existen suelos arcillosos en los cimientos del echadero (Zovodni, et. al., 1984; Dawson, et. al., 1992; Broughton, 1992; Proceedings, 1986). El desmonte de minas es importante en el contexto del manejo de relaves porque puede proporcionar material de buena calidad para la cons-trucción del dique de una presa superficial. Los desmontes de mina pueden ser, sin embargo, una fuente potencial de drenaje ácido y comparte con los relaves mucho de la tecnología relacionada con ARD.
Residuos o Desmontes de Pilas de Lixiviación, son aquéllos que se derivan de un tipo de extracción mineral que consiste en que al mineral, chancado o no, se le añade soluciones de cianuro para oro o ácido sulfúrico para cobre por medio de una irrigación superficial o por infiltración. Un proceso relativo al cobre, «dump leaching», involucra añadir solución de ácido sulfúrico a botaderos de desmonte. Estos procesos tienen características especiales y tecnología que no se discuten aquí.
Escorias, resultan del enfriamiento de residuos fundidos derivados de la fundición de concentrados de metales básicos. Las escorias de fundición pueden contener metales tales como arsénico, cadmio, y plomo en concentraciones potencialmente tóxicas.
Los Relaves de Placeres o Lavaderos, son producidos por operaciones de dragados de oro y menos comúnmente en el dragado de minerales de estaño. Este material es usualmente del tamaño de grava gruesa o mayor y está desprovisto de nutrientes o material capaz de formar suelos. Los asuntos ambientales involucran problemas de sedimentación y revegetación en los arroyos los cuales son específicos para estos materiales. El contenido de mercurio de los residuos tanto de grandes dragas como operaciones en pequeña escala en la selva peruana son motivo de gran preocupación.
Relaves de Jig, son producidos por la separación gravimétrica, casi siempre en combinación con la molienda en las operaciones auríferas comunes. Tienen un tamaño mayor que los relaves de flotación pero en todo lo demás son similares. La amalgamación con mercurio es aún usada ampliamente para procesar concentrados gravimétricos de oro en pequeñas operaciones del Perú.
Relaves de Cianuración con Aglomeracion y Peletización, son producidos por el retratamiento de relaves de amalgamación ricos en oro, mayormente en operaciones muy pequeñas a lo largo de la costa. Los relaves consisten en pelets que van de uno a dos centímetros en tamaño y que son descargados en estado semi seco.
- Propiedades Físicas y Estructurales
Las características físicas de los depósitos de relaves dependen fundamentalmente de la forma hidráulica de su deposición. Estas propiedades son importantes para comprender cómo responderá el depósito a la carga, a la infiltración y al movimiento sísmico.
a) Características de la Deposición
Los relaves son casi siempre transportados desde la concentradora a través de una tubería, en la forma de pulpa (mezcla de agua y sólidos), en concentraciones que van de 20 a 50% de sólidos en peso. En los depósitos superficiales la pulpa es descargada desde la cresta del dique, sea a través de grifos en la línea de relaves espaciados más o menos de 10 a 50 mts. (Figura 1.1(a)) o por una reubicación periódica del extremo de la tubería de descarga (Figura 1.1(b)). Conforme los sólidos se asientan a partir de la pulpa descargada, se forma una playa de leve inclinación que se extiende desde el punto de descarga hasta la poza de decantación donde el agua remanente de la pulpa se acumula para ser recirculada a la concentradora.
En teoría, el material más grueso se asienta inicialmente a partir de la pulpa, las partículas más finas se asientan más lejos de la playa, y las mucho más finas, del tamaño de arcillas y limos,
se asientan en la poza de decantación dando lugar al modelo altamente idealizado de segregación por tamaño y permeabilidad relativa mostrada en la Figura 1.1(c). Esto crea zonas de relaves dentro del depósito que están segregadas por el tamaño del grano y que son conocidas por la siguiente terminología:
Arenas, arenas de relaves, o relaves arenosos, son materiales predominantemente más grandes que 0.074 mm lo que significa que menos del 50% son más finos que ese tamaño.
Lamas, son predominantemente materiales del tamaño del limo, más del 50% menor de 0. mm.
Aunque el modelo conceptual de la Figura 1.1(c) se aplica usualmente en el sentido más general, la realidad presenta a menudo una figura mucho más compleja. El grado actual de segregación por tamaño de partícula varía notablemente tanto dentro de un depósito dado como de un depósito a otro, de acuerdo a factores tales como la fineza de molienda, el contenido de sólidos, el caudal y pH de la pulpa descargada. Estos mismos factores influencian el talud y la densidad in-situ de los relaves y han sido materia de estudio por varios investigadores (Coinlin, 1989; Kupper y Asociados en 1922a, b; Abadjiev, 1985; Bolt, 1988; Fourie, 1988). En la mayoría de los depósitos en operación el tamaño y ubicación de las pozas de decantación varía, y el método de descarga por grifos y la ubicación de la descarga cambia, de tal manera que la arena y las zonas intermedias que se muestran en la Figura 1.1(c) pueden resultar escasamente diferenciadas con depósitos notablemente heterogéneos conformados por estratos horizontales de arena y lamas.
CARACTERISTICAS
Hay tres excepciones principales donde pueden ocurrir condiciones más uniformes. La primera es, si el contenido de sólidos de la pulpa se incrementa, mediante espesadores, a más del 50%. Esto reduce la segregación por tamaño de partícula y tiende a reducir tanto la estratificación como la reducción sistemática del tamaño de partícula en función de la distancia desde el punto de descarga. La segunda, es para relaves molidos a tamaños muy finos y que tienen un mínimo contenido de arena para empezar, los relaves de cianuración de oro y plata corresponden a este tipo según lo describe Lefebvre y Dastous (1991). En tales casos, cualquier playa de arena puede ser tan angosta como 30 a 50 metros, con el remanente del depósito constituido por lamas más o menos uniformes. El último caso es cuando los ciclones son utilizados para separar y eliminar arena de los relaves de la concentradora, ya sea para su uso en la construcción de la presa o como relleno en las minas subterráneas. Este dispositivo, mostrado en la Figura 1.2(a) opera según los principios centrífugos y separa la pulpa de relave alimentada en una descarga por abajo («underflow») (arenas que contienen entre 5 y 30% de material más fino de 0.074mm) y otra por arriba («overflow» o rebose) que se descarga al depósito de relaves. Si el cicloneo se realiza en forma contínua y no es interrumpido por descargas de relaves sin ciclonear, entonces los relaves depositados a partir del rebose (overflow) estarán conformados por lamas uniformes en su mayoría.
Las características granulométricas de varios tipos de relaves se muestran en la Figura 1. para minerales de cobre, plomo, zinc, oro y plata. Los relaves globales son el material producido en la concentradora antes de la descarga, mientras que la distribución granulométrica mostrada para las lamas reflejan segregación en la deposición, cicloneo y molienda fina en varios casos. La granulometría de los relaves arenosos en la zona de playa es similar a aquella mostrada por la descarga inferior del ciclón en la Figura 1.2(b) y (c) pero generalmente con un contenido más alto de finos.
La granulometría del relave global queda determinada por el proceso de molienda en la concentradora, el cual generalmente, se optimiza para maximizar la recuperación del metal. Desde una perspectiva más amplia esto puede ser contraproducente, pues da lugar a relaves que tienen características menos favorables para la deposición. Por ejemplo, la fineza de molienda requerida para incrementar la recuperación en sólo 2 a
- Características Químicas
Es aparente, desde un punto de vista físico que los relaves son un material manufacturado y la naturaleza básica del proceso admite algunas generalizaciones razonables sobre el asunto. Esto no es así, con respecto a las características químicas que pueden varíar ampliamente de un yacimiento a otro. A este respecto, es importante anotar que varios depósitos de características diferentes, cada uno con distinta geoquímica, pueden ser explotados a lo largo de la vida de la mina, ocasionando las variaciones correspondientes en las caracteríticas químicas de los relaves producidos.
a) Relaves Sólidos
Para muchos depósitos minerales polimetálicos altamente sulfurados en el Perú, las diferencias en la gravedad específica de las partículas de minerales individuales pueden afectar la distribución de varios metales, incluyendo la de pirita, de acuerdo a las diferentes fracciones de tamaño de los relaves. Villachica y Parra (1980) notaron que las partículas sulfurosas más pesadas eran separadas preferencialmente con las partículas más gruesas durante el procesamiento en la concentradora, en tal forma que ello ocasionaba la sobre-molienda de los sulfuros a partículas mucho más finas. Esto, tiende a concentrar los minerales más pesados tales como galena y pirita en las partículas finas de los relaves como se muestra por comparación de las curvas de alimentación y rebose del clasificador en la Figura 1.4. La distribución de metales como una función del tamaño de partículas en dos concentradoras peruanas, se muestra en las Figuras 1.5a y b. La distribución por tamaño de metales individuales en los relaves de un número de minas polimetálicas peruanas se muestran en las Figuras 1.6 y 1.7. Este efecto de tamaño de partícula y densidad tiene influencia en la distribución granulométrica de la concentración de metal sólido dentro del depósito de relaves, y las propiedades estructurales relacionadas con el tamaño de la partícula, tales como permeabilidad y la retención de humedad por largo tiempo, también pueden afectar preferencialmente la movilidad de cualquier especie metálica soluble así como la generación y movilidad de productos de la oxidación de sulfuros. Otro resultado de este efecto del tamaño de la partícula puede ser la influencia que tiene sobre el contenido metálico de los sólidos ultrafinos que pueden mantenerse en suspensión en el agua de proceso de los relaves, como se discutirá en la siguiente sección.
b) Efluentes Líquidos de Flotación
La primera consideración relacionada a los efluentes líquidos y su calidad, es el contenido de sólidos muy finos en suspensión el cual es usualmente medido como sólidos totales en suspensión (TSS) o menos frecuentemente como unidades de turbidez. Los niveles elevados de TSS en los efluentes descargados en algunas minas en el Perú resultan de la retención por tiempo limitado y sedimentación en pequeños depósitos. Estos contenidos son más fáciles de reducir si se incrementa el tiempo de retención en los depósitos mencionados para este propósito y se recircula el agua de proceso hacia la concentradora, eliminando del todo la descarga de agua de este depósito. Por otro lado, los floculantes (polímeros sintéticos) coagulantes (Fe, Al y sales) y reactivos químicos para ajustar el pH (cal) pueden ayudar a la reducción de las partículas suspendidas. La filtración a través de filtros de arena, que pueden utilizar las arenas de relaves cicloneados como medio filtrante, han sido también sugeridas como un medio para reducir las partículas ultra-finas en suspensión.
Los residuos de reactivos utilizados en flotación acompañan tanto a los relaves sólidos como a los líquidos descargados con los relaves. Los reactivos de flotación pueden ser cal, ditiofosfatos, xantatos, cromatos, sulfitos, sulfato de cobre, sulfato de zinc, ácidos grasos, alcoholes, aceites y cianuro entre otros, dependiendo del requerimiento metalúrgico específico de cada operación. Con la excepción del cianuro (que se discute por separado más abajo) la mayoría de los demás reactivos de flotación existen en formas no tóxicas para los humanos y la vida acuática. Generalmente se aplican en pequeñas concentraciones en las operaciones más eficientes; los reactivos orgánicos de flotación se descomponen rápidamente y son rara vez responsables de algún impacto ambiental serio.
El proceso de flotación puede también liberar otros constituyentes en solución, dependiendo de la extensión en la cual éstos puedan estar presentes en el mineral y de su solubilidad. Esto incluye frecuentemente sulfatos y cloruros pero a menudo dentro de límites aceptables para agua de bebida y usos acuáticos. Más importantes pueden ser los metales potencialmente tóxicos, tales como arsénico y selenio (sólo si están presente en el mineral) que pueden ser solubles cerca del pH neutro. Aún los niveles ligeramente elevados de cobre, plata, plomo, aluminio y zinc en solución pueden ser especialmente dañinos para los peces salmónidos, además del riesgo potencial de ser acumulados en los tejidos de los organismos marinos. Algunos de éstos metales pueden ser tóxicos para el consumo humano en mayores concentraciones; otros metales como el cobalto, molibdeno, y níquel pueden afectar adversamente el crecimiento de las plantas o del ganado si están presentes en las aguas usadas para irrigación.
Las pruebas para estimar el tipo y concentración de tales constituyentes solubles se realizan con anterioridad al arranque de la concentradora, utilizando muestras de relaves que se han tenido en agua por varias semanas o varios meses. Puesto que éstas pruebas son realizadas con un número determinado de muestras de mineral usado en las pruebas metalúrgicas, puede ser difícil determinar la extensión en la cual ellos son representativos de todo el cuerpo mineralizado. Otras variables son el pH y la exposición a la atmósfera y puede por ello ser difícil reproducir en la prueba todo el rango de condiciones reales. Durante la operación de la concentradora el pH es usualmente mantenido en el rango de 8 a 11, lo cual disminuye la solubilidad de muchos metales; sin embargo, el pH de las aguas del depósito será casi neutro en el largo plazo. Finalmente, las pruebas con muestras a nivel de planta piloto no contendrán, generalmente, concentraciones de nitratos procedente de los agentes explosivos que están en cambio presentes en las operaciones actuales de las minas. Estos factores pueden producir considerable duda en la predicción, tanto de la calidad de los efluentes en el corto como en el largo plazo, debido a la lixiviación ácido de los constituyentes solubles de los relaves.
La dificultad en predecir exactamente el contenido metálico del efluente con anterioridad a la operación y los rangos que pueden presentarse, se ilustran en el cuadro 1.7 de la información de minerales polimetálicos peruanos que comúnmente producen altos niveles de metales disueltos en los efluentes de planta. Las especies solubles son liberadas por la exposición del mineral al aire y al agua junto con niveles altos de pirita, la cual es más noble que otros sulfuros y crea la disolución galvánica de plomo, zinc, arsénico, etc. La oxidación se produce con la trituración y la molienda en el ambiente atmosférico, resultando en que las corrientes de efluentes tienen metales disueltos semejantes a aquéllos mostrados más abajo y que pertenecen a cuatro operaciones peruanas (Villachica y Asociados, 1993).
Comparando los efluentes 1 y 3 en el cuadro 1.1, por ejemplo, se puede ver que el tiempo de retención en la laguna de relaves decrece notablemente los niveles de metales disueltos y el pH. De otro lado, el efluente 2 del espesador de concentrados en la misma operación tiene niveles mucho más altos de metales disueltos, en adición a reactivos orgánicos y otros que como el bicromato allí se acumulan.
El cuadro 1.1 también enfatiza claramente la importancia de recircular toda el agua de proceso del depósito de relaves a la planta concentradora a fin de evitar la descarga con pH y nivel de metales disueltos incluyendo el cobre; por ejemplo el efluente 1 (usualmente sobre 10.5 de pH cuando se flota zinc en adición al cobre y plomo). Ambos factores pueden afectar al plomo y al zinc en su recuperación y la selectividad cuando se tratan minerales frescos, de tal manera que la recirculación de agua requiere usualmente un espesador intermedio de relaves (Villachica y Asociados, 1993). Sin embargo, tomando ventaja del depósito de relaves como un reservorio regulador, puede lograrse agua de calidad conveniente para tratar mineral fresco (ejemplo: efluentes 3, 4 y 6); es también evidente que el tratamiento por separado del agua proveniente de la deshidratación de los concentrados (efluentes 2 y 5) es conveniente.
En casos en los cuales los factores climáticos, topográficos y de balance hídrico hacen necesaria la descarga directa de los efluentes de relaves hacia aguas receptoras, los Límites Máximos Permisibles establecidos por el Ministerio de Energía y Minas determinarán las
cianuro en los efluentes descargados por debajo de los límites de detección. Sin embargo, los métodos analíticos usados normalmente (Nitrato de plata - ioduro de potasio) tienen un límite de detección de 1 mg/l, y se requiere por ello de métodos más sensibles.
En contraste con su uso en concentraciones limitadas como reactivo de flotación, el cianuro en la extracción de oro y plata se usa en concentraciones de varios cientos de miligramos por litro. Mientras que el proceso natural de degradación opera en los depósitos de relaves que contienen estos efluentes, ellos por sí solos son rara vez suficientes para alcanzar reducciones en el grado deseado y los niveles de cianuro en las pozas de relaves donde se decanta el agua pueden permanecer en concentraciones que van de 1 a 30 mg/l (Scott, 1984), estos niveles pueden ser tóxicos para los animales acuáticos y terrestres y exceder los niveles aceptables para agua de bebida. Como resultado, se requiere controlar la infiltración o drenaje de los depósitos durante la operación, a fin de proteger el agua del subsuelo, a menudo por medio de recubrimientos como es discutido en el Capítulo VII. Si por condiciones climáticas o consideraciones del balance de agua se hace necesaria la descarga de los efluentes a las aguas superficiales, entonces debe considerarse alguno de los tratamientos que están disponibles para la destrucción del cianuro, tales como la clorinación alcalin a, el proceso INCO anhidrido sulfuroso-aire, el proceso Degussa de peróxido de hidrógeno, acidificación, y tratamiento en bioreactores bacterianos (Scott, 1984). En regiones áridas del oeste de los Estados Unidos, la lechuza salvaje migratoria es atraida hacia el agua de los depósitos de relaves de oro y plata. Aunque la población de estos pájaros no es afectada, como un todo, a menudo se produce la muerte de algunos. En ciertos casos la única mitigación totalmente efectiva ha sido cubrir el agua con una red.
Estos problemas de cianuro en el manejo de los relaves de cianuración de oro y plata se presentan mayormente en el cortoplazo, durante las fases de operación, y en menor medida, en la fase de clausura. En el largo plazo durante el período de post-clausura, la degradación natural del cianuro proporciona un medio pasivo de protección para restringir el potencial de los impactos por cianuro sobre el ambiente, y usualmente no se adoptan medidas especiales de cierre para los depósitos de relaves.
Por el contrario, exactamente lo opuesto ocurre para los problemas ARD, los cuales afectan muy seriamente el período de post-clausura de las operaciones como es discutido en la siguiente sección.
d) Drenaje Acido (ARD) de Relaves
Una discusión completa de los problemas de drenaje ácido (o ARD) está más allá de los alcances de esta Guía. Cuando ello ocurre, estos problemas afectan todos los residuos del proceso minero, incluyendo el agua de mina y los echaderos de desmonte así como los relaves, y la estrategia de control del ARD para cualquiera de estos tipos de residuos no puede considerarse aisladamente. Sin embargo, se requiere algunos antecedentes sobre el tema del ARD para entender adecuadamente el manejo de los relaves, y en esta sección damos una introducción muy simplificada. En efecto, el planeamiento para el manejo de relaves no puede ser iniciado hasta que haya por lo menos una indicación de que los problemas de ARD puedan ocurrir o no.
El ARD se refiere a procesos por los cuales el pH del agua en contacto con los relaves puede disminuir severamente, dando como resultado la disolución y transporte de metales tóxicos disueltos tales como arsénico, plomo, cadmio, y un conjunto de otros, además un drástico incremento del contenido de los sulfatos. Es casi imposible detener completamente el proceso una vez que se ha iniciado, y los efectos de la acidificación pueden continuar por muchos siglos, así sucedió en el distrito de Rio Tinto en España, explotado por los romanos, y en cuerpos mineralizados suecos trabajados poco después de la época de los Vikingos, hace 1000 años. El ARD puede ser el tema ambiental asociado al manejo de relaves potencialmente más dañino y difícil de tratar, y puede no ser evidente aún muchos años después del período de cierre de operaciones. Más que ningún otro asunto, el potencial para ARD es específico para cada cuerpo mineralizado y para sus condiciones físicas y climáticas; no hay reglas
generales para predecirla, en cualquier depósito sin el auxilio de pruebas geoquímicas. Existen, sin embargo, varios requisitos para que este proceso ocurra.
La primera condición necesaria para el ARD es que los minerales sulfurados estén presentes en los relaves, principalmente pirita, pero también otras formas aún más reactivas tales como la pirrotita y la marcasita. Esto puede ser determinado frecuentemente en forma cualitativa a partir de la información geológica respecto al cuerpo mineralizado, pero otra señal puede ser la alta gravedad específica de los relaves. Aunque los relaves de los minerales metálicos están compuestos principalmente de minerales de silicato o carbonato con gravedad específica (Gs) de 2.65-2.85, ellos contienen al menos pequeñas cantidades de metales no recuperados y hierro del proceso de molienda (barras de acero o bolas) que típicamente resultan en una gravedad en el rango de 2.8-2.9 para los minerales bajos en sulfuros. Por contraste, los relaves altos en sulfuros a menudo exceden considerablemente este rango, con una gravedad específica que a menudo se ubica sobre 3.5, por ejemplo, para el caso de los relaves polimetálicos peruanos que normalmente contienen de 10 a 60% de pirita.
En presencia de aire, la segunda condición, las superficies del mineral sulfurado se oxidan en una reacción compleja que involucra varios pasos químicos ayudados por bacterias, para formar ácido sulfúrico. Sin embargo, esta reacción por sí sola causará grandes problemas sólo si los relaves contienen cantidades insuficientes de otros minerales que consumen ácido (por ejemplo, carbonato de calcio) para neutralizar el ácido, lo cual es la tercera condición necesaria. La condición final es que los contaminantes producidos deben ser transportados de los depósitos de relaves hasta los terrenos receptores o aguas superficiales, usualmente por infiltración y drenaje. Considerando el conjunto de estas cuatro condiciones que son necesarias y suficientes para que se presente el problema del ARD, existe la posibilidad de que no se presenten problemas serios si uno de ellos está ausente.
Cada uno de estos cuatro factores es altamente específico para cada cuerpo mineralizado y para el marco ambiental del depósito de relaves. Una prueba inicial del tipo indicativo para predecir los ARD, conocida como la balance ácido base o ABA (Acid-base accounting), se utiliza para determinar si existe suficiente cantidad de minerales que consuman ácidos para neutralizar la cantidad total de ácido producida en el largo plazo. Aún si esto fuera así, el ARD puede desarrollarse en el corto plazo si el ritmo de producción de ácido excede el ritmo de consumo de ácido en un momento dado y, en tal caso, es necesario correr pruebas del tipo cinético en celdas de humedad que simulen condiciones ambientales.
Los resultados representativos de tales pruebas requieren aún más minuciosidad que las pruebas ordinarias de tratamiento ácido de los relaves(leaching) discutidos anteriormente. La propia naturaleza de la mayoría de los cuerpos mineralizados es tal que la mineralización y la geoquímica de la roca varían considerablemente en tipo y/o grado aún en distancias muy cortas. Un programa de pruebas de ARD conducido seriamente requiere un programa de muestreo estadísticamente representativo de los testigos de exploración, lo cual puede resultar difícil, costoso y requerir mucho tiempo a menos que esté integrado con el programa de exploración geológica del cuerpo mineralizado mismo; la prueba debe reflejar además el plan actual de minado que se está desarrollando. A menudo, algunas partes del mineral a ser minado pueden producir condiciones para ARD mucho más adversas que otras, y tal programa de pruebas puede permitir un manejo selectivo de los relaves que resultan o sugerir modificaciones a las secuencias de minado que minimicen los problemas del manejo de relaves. Pero aún el más sofisticado de estos programas tiene limitaciones. Hablando genéricamente, es razonablemente posible, de acuerdo a las técnicas disponibles, predecir cualitativamente si hay la posibilidad o no de que ocurran problemas de ARD con los relaves. Sin embargo, predecir cuantitativamente la magnitud, severidad y oportunidad de tales problemas es muy difícil e incierto.
Si existe potencial para ARD, hay varias medidas de mitigación que pueden ser consideradas. Aunque la discusión detallada de este punto está reservada para el Capítulo 7, podemos
climáticas del Perú varían en una escala aún más amplia que las características fisiográficas. De acuerdo a una clasificación esquemática del clima, 8 de los 11 tipos de clima del mundo se encuentran en el Perú
El clima a lo largo de la costa está dominado por los efectos de las corrientes oceánicas. Directamente en la orilla se encuentra una franja de agua anormalmente fría para esta latitud y aunque está asociada con la corriente de Humboldt que corre hacia el norte, la franja de agua fría consiste realmente de agua insurgente de las profundidades del oceáno. Esta agua fría de la orilla da mucha estabilidad a las condiciones atmosféricas, de tal forma que la lluvia es muy pequeña o no existe. Al mismo tiempo, sin embargo, de junio a octubre en el invierno hay un fuerte desarrollo de nubes bajas o finas capas de niebla (garúa) que impide la acción de la luz solar y retarda la evaporación. Por ejemplo, Lima tiene un promedio de precipitación anual de sólo 5 cm. con cobertura de nubes del 70% del año; cifras similares de 3 cms y 60% se registran en Tacna, al Sur (Meigs, 1966). La desértica costa peruana se muestra en la Figura 2.2, junto con la zona árida que se extiende tierra adentro por una distancia de 30 a 50 km., con excepción de una expansión hacia el Este (dentro del Altiplano) en el Sur. Esta zona es contigua al Desierto de Atacama, el desierto costero más seco del mundo donde la lluvia puede caer con intervalos de muchas décadas y es insuficiente para soportar toda vegetación hasta elevaciones tan altas como los 2,500 mts en las laderas de los Andes.
Los efectos del Oceáno también controlan la precipitación extrema en esta región. La contracorriente tibia El Niño aparece anualmente desde el Norte, pero ocasionalmente con intervalos de 7 o más años alcanza distancias mucho mayores hacia el Sur. Esta masa de agua tibia produce inestabilidades atmosféricas que han resultado en lluvias torrenciales e inundaciones aún en áreas que no han tenido lluvias por un año. Por ejemplo, durante uno de los peores años de El Niño en 1925, Lima experimentó lluvias de 152 cm., más de 30 veces el promedio anual, y la costa norte tuvo más lluvia que en todos los 10 años anteriores (Meigs, 1966). Esto muestra claramente que los largos intervalos entre lluvias no garantizan la ausencia de intensa precipitación para los depósitos de relaves y las consiguientes posibilidades de inundación.
En el resto del país, el mismo efecto El Niño que produce intensas lluvias periódicamente en la región costera, produce similares efectos en la Selva y sequía en la Sierra. Normalmente, sin embargo, los climas tropicales y subtropicales en el norte y centro de la Selva se mantienen en una zona de convergencia de baja presión, con lluvias anuales de 3,000 a 4,000 mm. En la Sierra, las condiciones son normalmente semi-áridas, aunque las lluvias y nevadas son controladas mayormente por la elevación y efectos orográficos. La precipitación promedio anual en la Sierra va desde la vecindad de 300 mm en el Sur a 900 mm en el Norte con nieve sobre los 3,500 m. de elevación.
Los datos meteorológicos del Perú son muy limitados y es raro encontrar registros de más de 30 a 40 años en una estación determinada. 700 estaciones se instalaron entre 1960 y 1964 con fondos de las Naciones Unidas, y en 1980, la existencia de 934 estaciones (526 para lluvias y 408 climatológicas) ha sido determinada. Desde esa época sin embargo, la falta de mantenimiento y de personal han limitado las actividades en esa área y se desconoce cuántas estaciones sobreviven o si la información es confiable. Como resultado, existe, inusualmente, gran incertidumbre en los parámetros del balance de agua y en las estimaciones de inundaciones extremas para propósito del diseño de depósitos de relaves superficiales. En general, esto indica que los factores sensitivos a los valores de diseño de los flujos de entrada no deben ser confiables para la estabilidad hidrológica de los depósitos, especialmente para las condiciones posteriores a la clausura de la mina. La ubicación adecuada para evitar los flujos producidos por las inundaciones, antes que las consideraciones de ingeniería para contrarrestarlas, debe ser la primera línea de defensa en el Perú.
En base a la información disponible, la Figura 2.3 presenta un resumen del promedio anual de lluvia en el Perú y la Tabla 2.1, más adelante, nos dá algunos promedios generalizados anuales de precipitación y evapotranspiración estimadas. Estos valores intentan proporcionar solamente una vista regional amplia, panorámica; como se explica más adelante , la información específica respecto al sitio es requerida para el diseño de depósitos de relaves en cada caso.
- Sismicidad
El Perú está ubicado en una de las áreas sísmicamente más activas del mundo y los terremotos han afectado las minas desde su comienzo en el país. Cuando un tsunami acompañó el primer gran terremoto experimentado por Lima en 1586, se esparció el temor que los depósitos de mercurio, necesarios para mantener la producción de oro, se hubieran perdido. Estos temores fueron percibidos más tarde cuando el gran terremoto de 1687 afectó la mayor parte de Lima y el subsiguiente tsunami destruyó las reservas de mercurio a todo lo largo de la costa, desde Lima a Puerto Caballas (Dorbath, et. al., 1990).
Como lo muestran estas anécdotas, el récord de terremotos en el Perú es remarcable no sólo por la dimensión de los eventos que han ocurrido sino también por su rango de casi 400 años. Desde 1582 a 1974 han habido 18 terremotos entre grandes y mayores causados por subducción con magnitudes entre 7.5 y 8.8 como se muestra en el cuadro 2.2 siguiente.
En la historia sísmica más contemporánea, Alva y sus Asociados (1985) han reunido información técnica de 29 terremotos de magnitud 4.9 a 8.4, los cuales, con sólo tres excepciones, ocurrieron entre 1912 y 1981. Las intensidades combinadas de la Escala Modificada de Mercalli se muestran en la Figura 3.4. Un catálogo de eventos instrumentalmente registrados de 1900 a 1984 han sido compilados por Espinosa, et. al, 1985.
Aunque los terremotos destructivos son generados por deslizamientos de fallas superficiales (de menos de 33 km. de profundidad focal) en casi todo el Perú la mayoría de los terremotos de mayor magnitud se ha producido por la subducción de la Placa de Nazca dentro de la Falla Peruana que está justo fuera de la costa y por debajo de la Placa Sudamericana. La zona de subducción corre bajo la mayor parte del país (Chowdury y Whiteman, 1987; Nishenko, 1985; Hasegawa y Sacks, 1981). Basados en el análisis de los grandes eventos de subducción que se muestran en el Cuadro 2.2 y sus intervalos de recurrencia, Dorbath en 1990 propuso las siguientes tres regiones para los límites de la placa debajo del Perú:
Una región de subducción norte con largos intervalos de recurrencia para terremotos de subducción. Una región central de subducción con una secuencia compleja de ruptura que se quiebra bien como un todo o como pequeños segmentos, pero que pueden permanecer en quietud por períodos tan largos como 200 años. Una subducción de la región sur que experimenta entre grandes a muy grandes eventos más regularmente, con intervalos de recurrencia en el órden de los 100 años. Esas regiones de las zonas de subducción son generalmente consistentes con las interpretaciones geofísicas de Hasegawa y Sacks (1981) mostradas en la Figura 2.5(a) las cuales fueron hechas a partir del monitoreo microsísmico realizado durante 1965. Las tres áreas rectangulares principales, que se muestran en la figura corresponden aproximadamente a las regiones descritas más arriba. Una sección transversal debajo del Perú a través de la región central en la Figura 2.5(b) muestra que la zona de subducción aquí se sumerge y luego se horizontaliza con el potencial para afectar la mayor parte del país. Esta configuración varía, sin embargo, y la Figura 2.5(c) muestra cómo la geometría de la placa, cambia a lo largo del país de acuerdo a esta interpretación.
Además de los mecanismos de subducción entre placas, los terremotos peruanos son también producidos por deslizamientos poco profundos de fallas dentro de las placas como se deduce de la acumulación de eventos con 0 a 50 km. de profundidad focal en la Figura 2.5(b). Sebrier en 1985, por ejemplo, documenta varias de esas fallas activas, normales e inversas en el sur del Perú. El riesgo sísmico global en cualquier ubicación, se deriva, por lo tanto, de la superposición tanto de las fallas de la corteza con los mecanismos y lugares relacionados con la subducción. Se deduce que los estimados de riesgo sísmico basados en los eventos de subducción solamente proporcionarán un límite más bajo en cualquier lugar dado, y similarmente, que los estimados derivados únicamente de los registros históricos, no tendrán necesariamente en cuenta la ruptura potencial de la falla durante los largos períodos que se consideran importantes para el diseño de los depósitos de relaves.
