antamina-evaluacion geoquimica e hidrologica de botaderos

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Evaluación del comportamiento geoquímico e hidrológico de los desmontes en Antamina. Ideando un cierre sostenible de los botaderos de desmonte Celedonio Aranda, Ingeniero Ambiental, Compañía Minera Antamina S.A., Lima, Perú Resumen Desde inicios del 2002, una investigación muy extensa está siendo desarrollada en Antamina, la misma que se encuentra ubicada a 270 Km al norte de Lima La investigación hecha en colaboración con la Universidad de British Columbia (UBC) de Canadá, tiene una gran connotación aplicada a la industria minera. Antamina inició sus operaciones en Octubre del 2001 y actualmente está proyectada hasta 2028. Produce concentrados de cobre, zinc y molibdeno, moviendo alrededor de 400,000 toneladas de material por día, de los cuales 300,000 toneladas es desmonte. El objetivo principal de la investigación es mejorar el entendimiento del comportamiento geoquímico en condiciones neutras de pH e hidrológico de los cinco principales tipos de roca de desmonte (caliza, hornfels, mármol, intrusivo y skarn) que hay en la mina, cuyo yacimiento es de tipo skarn polimetálico inmerso en una extensa zona de caliza. La geología en Antamina es una de las más complejas en el mundo, siendo esta un ligar interesante para la investigación. La investigación incluye diversos experimentos a diferentes escalas tanto a nivel laboratorio como en el campo. Las pruebas cinéticas de campo están dadas por la instalación y funcionamiento de celdas geoquímicas de campo y de pilas experimentales instrumentadas de 36 m × 36 m × 11 m de alto. Así mismo, una extensa data de experimentos en laboratorio como pruebas de columnas de humedad, caracterización geoquímica de los materiales y mineralogía avanzada está siendo obtenida. La información obtenida de todas las pruebas en todas las escalas, permite una oportunidad para generar un modelo de escalamiento y conocer el comportamiento hidrogeoquímico de los botaderos de desmonte reales en Antamina (~ 300 m de alto) y del tajo durante la operación en el cierre. Quizás pruebas simples y baratas como las celdas de campo son útiles, experimentos a escalas mayores como las pilas son necesarios para lograr una mejor base de escalamiento y factores de calibración para la predicción a escalas industriales. Definitivamente, los resultados de esta investigación brindarán una información importante para toma de decisiones y seleccionar la mejor alternativa de cierre de los botaderos, y por lo tanto contribuir al desarrollo sostenible desde el punto de vista de responsabilidad ambiental. Finalmente, las conclusiones serán tomadas en cuenta como parte del aporte a la ciencia aplicada en minería y medio ambiente. 1 Introducción Antamina tiene un yacimiento de tipo skarn polimetálico (cobre-zinc-molibdeno) inmerso en una extensa zona de caliza. El drenaje del desmonte presenta un pH neutro, cuya intensidad y duración no está muy bien estudiada. Luego del primer Estudio de Impacto Ambiental (EIA) de 1998, donde se incluyó los primeros estudios geoquímicos, en el 2002, Antamina emprendió un programa geoquímico intensivo para poder obtener data y usarlo en la elaboración, verificación y actualización del modelo hidrogeoquímico de los botaderos, pilas de mineral, poza de relaves y el tajo abierto para la etapa operativa y del cierre. Sin embargo, en el 2005, la Universidad de British Columbia (UBC), la sección de Investigación y Tecnología Aplicada (ART) de Teck y Antamina iniciaron un proyecto integrado para mejorar el entendimiento del comportamiento geoquímico e hidrológico de los diferentes tipos de desmonte. El proyecto tiene cuatro componentes principales: a. Pruebas en laboratorio: Constituido por pruebas estáticas (balance ácido-base, composición química, pruebas de lixiviación acelerada, pruebas de No Generación de Acido pH), pruebas cinéticas (celdas de humedad), granulometría, mineralogía y microbiología. b. Pruebas en campo: La instalación y funcionamiento de celdas geoquímicas simples (Aranda et al., 2009) y sobrepuestas o en serie, pilas experimentales instrumentadas (Corazao et al., 2007; Bay et al., 2008). c. Integración de resultados y escalamiento a botaderos reales: Integrar los resultados de las pruebas de laboratorio y campo para desarrollar un modelo hidrogeoquímico para determinar las características hidrológicas y geoquímicas de los botaderos reales. Esto es complementado con datos de campo como el comportamiento de gases, temperatura y la carga de contaminantes en los drenajes de los botaderos. Finalmente, esto nos permitirá estimar la calidad de los drenajes proyectados a largo plazo. d. Estudio de cobertura: Probar diferentes configuraciones de cobertura con materiales existentes en la zona (morrena y coluvial) y usarlo en el cierre de botaderos. Este componente no será descrito en este artículo. Los resultados de esta investigación ayudarán a la identificación e implementación de medidas de prevención y mitigación, así como mejorar el manejo actual del desmonte de la mina durante la operación para un adecuado cierre.

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Page 1: Antamina-evaluacion Geoquimica e Hidrologica de Botaderos

Evaluación del comportamiento geoquímico e hidrológico de los desmontes en Antamina. Ideando un cierre sostenible de los botaderos de desmonte

Celedonio Aranda, Ingeniero Ambiental, Compañía Minera Antamina S.A., Lima, Perú

Resumen

Desde inicios del 2002, una investigación muy extensa está siendo desarrollada en Antamina, la misma que se encuentra ubicada a 270 Km al norte de Lima La investigación hecha en colaboración con la Universidad de British Columbia (UBC) de Canadá, tiene una gran connotación aplicada a la industria minera. Antamina inició sus operaciones en Octubre del 2001 y actualmente está proyectada hasta 2028. Produce concentrados de cobre, zinc y molibdeno, moviendo alrededor de 400,000 toneladas de material por día, de los cuales 300,000 toneladas es desmonte.

El objetivo principal de la investigación es mejorar el entendimiento del comportamiento geoquímico en condiciones neutras de pH e hidrológico de los cinco principales tipos de roca de desmonte (caliza, hornfels, mármol, intrusivo y skarn) que hay en la mina, cuyo yacimiento es de tipo skarn polimetálico inmerso en una extensa zona de caliza. La geología en Antamina es una de las más complejas en el mundo, siendo esta un ligar interesante para la investigación.

La investigación incluye diversos experimentos a diferentes escalas tanto a nivel laboratorio como en el campo. Las pruebas cinéticas de campo están dadas por la instalación y funcionamiento de celdas geoquímicas de campo y de pilas experimentales instrumentadas de 36 m × 36 m × 11 m de alto. Así mismo, una extensa data de experimentos en laboratorio como pruebas de columnas de humedad, caracterización geoquímica de los materiales y mineralogía avanzada está siendo obtenida. La información obtenida de todas las pruebas en todas las escalas, permite una oportunidad para generar un modelo de escalamiento y conocer el comportamiento hidrogeoquímico de los botaderos de desmonte reales en Antamina (~ 300 m de alto) y del tajo durante la operación en el cierre. Quizás pruebas simples y baratas como las celdas de campo son útiles, experimentos a escalas mayores como las pilas son necesarios para lograr una mejor base de escalamiento y factores de calibración para la predicción a escalas industriales.

Definitivamente, los resultados de esta investigación brindarán una información importante para toma de decisiones y seleccionar la mejor alternativa de cierre de los botaderos, y por lo tanto contribuir al desarrollo sostenible desde el punto de vista de responsabilidad ambiental. Finalmente, las conclusiones serán tomadas en cuenta como parte

del aporte a la ciencia aplicada en minería y medio ambiente.

1 Introducción

Antamina tiene un yacimiento de tipo skarn polimetálico (cobre-zinc-molibdeno) inmerso en una extensa zona de caliza. El drenaje del desmonte presenta un pH neutro, cuya intensidad y duración no está muy bien estudiada. Luego del primer Estudio de Impacto Ambiental (EIA) de 1998, donde se incluyó los primeros estudios geoquímicos, en el 2002, Antamina emprendió un programa geoquímico intensivo para poder obtener data y usarlo en la elaboración, verificación y actualización del modelo hidrogeoquímico de los botaderos, pilas de mineral, poza de relaves y el tajo abierto para la etapa operativa y del cierre. Sin embargo, en el 2005, la Universidad de British Columbia (UBC), la sección de Investigación y Tecnología Aplicada (ART) de Teck y Antamina iniciaron un proyecto integrado para mejorar el entendimiento del comportamiento geoquímico e hidrológico de los diferentes tipos de desmonte. El proyecto tiene cuatro componentes principales:

a. Pruebas en laboratorio: Constituido por pruebas estáticas (balance ácido-base, composición química, pruebas de lixiviación acelerada, pruebas de No Generación de Acido – pH), pruebas cinéticas (celdas de humedad), granulometría, mineralogía y microbiología.

b. Pruebas en campo: La instalación y funcionamiento de celdas geoquímicas simples (Aranda et al., 2009) y sobrepuestas o en serie, pilas experimentales instrumentadas (Corazao et al., 2007; Bay et al., 2008).

c. Integración de resultados y escalamiento a botaderos reales: Integrar los resultados de las pruebas de laboratorio y campo para desarrollar un modelo hidrogeoquímico para determinar las características hidrológicas y geoquímicas de los botaderos reales. Esto es complementado con datos de campo como el comportamiento de gases, temperatura y la carga de contaminantes en los drenajes de los botaderos. Finalmente, esto nos permitirá estimar la calidad de los drenajes proyectados a largo plazo.

d. Estudio de cobertura: Probar diferentes configuraciones de cobertura con materiales existentes en la zona (morrena y coluvial) y usarlo en el cierre de botaderos. Este componente no será descrito en este artículo.

Los resultados de esta investigación ayudarán a la identificación e implementación de medidas de prevención y mitigación, así como mejorar el manejo actual del desmonte de la mina durante la operación para un adecuado cierre.

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El sistema actual de clasificación de desmonte de Antamina ha sido elaborado en base al contenido metálico de zinc y arsénico, la estimación visual de sulfuros y la litología, dividiéndolo en 3 categorías: Reactivo (Clase A), ligeramente reactivo (Clase B), y no reactivo (Clase C) (Aranda, 2005).

Mientras la mayoría de metales son capaces de lixiviar bajo condiciones ácidas, otros metales como zinc, molibdeno, cobre o selenio a menudo lixivian bajo condiciones de pH cercanas al neutro. Las diferentes técnicas usadas para evaluar el potencial de formación de aguas ácidas (DAR), tales como las mediciones del potencial de

generación de ácido (PGA) o las pruebas de balance ácido-base (BAB), no pueden predecir la lixiviación de metales bajo condiciones de pH neutras. Por otro lado, las pruebas estáticas y cinéticas de laboratorio a pequeña escala han demostrado tener limitaciones para predecir lixiviación de metales y tasas de carga contaminante. Por ello, es recomendable desarrollar adicionalmente pruebas de campo expuestas a las condiciones ambientales del sitio, ya que permitirán obtener data más útil para determinar y validar las tasas de lixiviación obtenidas de las pruebas de laboratorio.

Tabla 1 Sistema actual de clasificación de desmonte en Antamina1

Clase Clasificación de desmonte Criterio

A

(Reactivo)

Skarn (endoskarn/exoskarn), intrusivo,

caliza, hornfels, o mármol con alto contenido de zinc, arsénico o sulfuros totales

> 1500 mg/kg (0.15%) Zn

> 400 mg/kg (0.04%) As

> 3 % sulfuros totales visuales;

B

(Ligeramente reactivo)

Caliza, hornfels, o mármol con moderado contenido de zinc, arsénico o sulfuros totales

700 - 1500 mg/kg Zn

< 400 mg/kg (0.04%) As

2-3% sulfuros totales visuales

C

(No reactivo)

Caliza, hornfels, o mármol con bajo contenido de zinc, arsénico o sulfuros totales

< 700 mg/kg (0.07%) Zn

< 400 mg/kg (0.04%) As

< 2% sulfuros totales visuales

1 Antamina 2011, Criterios para la clasificación de desmonte y mineral para polígonos de despacho y estacas en el campo

1.1 Objetivos

Los objetivos generales del programa geoquímico de Antamina son:

a. Entender el comportamiento geoquímico e hidrológico que ocurren en los botaderos de desmonte, poza de relaves, las pilas de mineral y el tajo abierto.

b. Desarrollar y actualizar un modelo hidrogeoquímico para la operación y cierre de las distintas instalaciones cuyos entregables serán:

– Conocer los procesos geoquímicos que ocurren en el interior de cada instalación

– Determinar la hidrología presente y futura en el interior de las instalaciones

– Estimar la calidad y cantidad de los drenajes de las instalaciones

c. Optimizar los requerimientos operativos, del cierre y post-cierre para el manejo de los drenajes de las diferentes instalaciones

d. Mejorar el manejo de desmontes en la etapa operativa para minimizar los costos de la estabilidad física y química en el cierre.

Sin embargo, los objetivos específicos del proyecto de investigación en geoquímica de roca de desmonte son:

a. Establecer y ejecutar un programa geoquímico para desmonte y un programa de monitoreo a largo plazo para los botaderos y pilas de reserva de mineral

b. Caracterizar los diferentes tipos de desmonte en base a pruebas de campo y laboratorio.

c. Estudiar los procesos geoquímicos e hidrológicos que ocurren en las diferentes clases de desmonte.

d. Crear y ejecutar modelos hidrogeoquímicos de los botaderos de desmonte.

e. Desarrollar técnicas para mejorar los criterios de la clasificación de la roca de desmonte.

f. Determinar la mejor opción de cobertura a usar en el cierre de los botaderos.

1.2 Descripción del área de estudio

Antamina es una mina de cobre, zinc y molibdeno ubicado en la parte norte de los Andes peruanos, aproximadamente a 270 km en línea recta al norte Lima y a 50 km al oeste de Huaraz, la ciudad más

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próxima, está a una altura entre 4,100 a 4,700 m.s.n.m. (Figura 1). Actualmente, los accionistas de Antamina son: BHP Billiton (33,75%), Xstrata plc (33,75%), Teck (22,50%), y Mitsubishi (10,0%). La producción inició en octubre del 2001, y actualmente el tiempo de vida es 28 años, es decir hasta el 2028 (Klohn Crippen Berger, 2010).

Existen 5 principales tipos de rocas en Antamina: caliza, mármol, hornfels, skarn (endoskarn and exoskarn) e intrusivo (Lipten y Smith, 2004). La caliza limosa y que varía entre hornfels y mármol, comunmente es material de ganga. Existe una débil mineralización en el desmonte y algunos minerales como galena [PbS], pirita [FeS2], calcopirita [CuFeS2], esfalerita [(Zn,Fe)S] y pirrotita [Fe(1-x)S] pueden estar presentes.

Antamina cuenta con 2 botaderos de desmonte: Botadero Este, con una capacidad para almacenar 1.399 Mt de material y el Botadero Tucush con una capacidad de 763 Mt (Klohn Crippen Berger, 2010). El Botadero Este ha sido diseñado para almacenar cualquier tipo de material, pero principalmente material Clase A y cuyo drenaje va hacia la poza de relaves. Mientras que en el Botadero Tucush, solo puede ir material no reactivo, es decir Clase B y C, y su drenaje va hacia la Qda Ayash previo tratamiento en el bofedal artificial. El plan de cierre actual contempla que ambos botaderos serán cubiertos usando material calcáreo más suelo orgánico y revegetación. Sin embargo, se construirán plantas de tratamiento activo para manejar los drenajes antes de su descarga final.

Figura 1 Ubicación de Antamina

2 Descripción del programa

2.1 Manejo del programa

El área de Medio Ambiente de Antamina otorga un gran soporte y recursos para desarrollar un amplio programa geoquímico, el mismo que tiene el apoyo de consultoras externas que tiene experiencia en el tema. El programa es un componente importante del planeamiento de mina. La disposición del desmonte se decide en base a los resultados de los experimentos, la misma que es revisada anualmente si es necesaria.

Los siguientes aspectos han motivado el desarrollo del programa:

– La formación de drenaje neutro de roca (DNR)

– Los niveles de oxidación de sulfuros y lixiviación de metales

– Concentraciones altas de metales bajo condiciones de pH neutras poco entendidas.

– La gran capacidad disponible de neutralización debido a la abundancia de carbonatos

– La necesidad de mejorar las actividades de planeamiento operativo y de cierre.

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2.2 Componentes del programa

Son 4 los componentes principales, de los cuales en este artículo sólo se describirán y discutirán, tres de ellos.

2.2.1 Pruebas de laboratorio

Antamina ha establecido un set estándar de análisis par alas pruebas de laboratorio, los mismos que servirán para una caracterización geoquímica de los materiales o el desmonte. Estos son: pruebas estáticas como el método estándar modificado del balance ácido-base (BAB) (Sobek, et al., 1978), pruebas de lixiviación acelerada usando peroxide de hidrógeno (pruebas de no generación de ácido) y agua destilada. Si los resultados de las pruebas estáticas y de lixiviación muestran generación de formación de aguas ácidas (como el skarn y los sedimentos de laguna), entonces se desarrolla pruebas cinéticas en el laboratorio, principalmente las celdas o columnas de humedad (Figura 2).

El set también contiene ensayos de caracterización física y química tales como granulometría, determinación de área superficial, análisis químico de metales por ICP-MS y mineralogía detallada utilizando un Analizador de Liberación de Minerales (MLA en inglés). El MLA genera reportes de la composición mineralógica y el grado de liberación y disponibilidad para lixiviar de los minerales presentes en el material (Aranda, 2010).

Figura 2 Pruebas de columna de humedad con muestras de desmonte de Antamina

2.2.2 Pruebas de campo

A. Celdas geoquímicas de campo individuales

Las celdas de campo fueron construidas usando cilindros plásticos de 1.5 m de alto (200 L ó 55 galones). En la parte baja del cilindro, se coloca un adaptador o conector de PVC de 1”, se ajusta y fija al cilindro. En un extremo del adaptador se coloca una manguera plástica y flexible de 1” de diámetro, fijándolo con silicona. En la parte inferior interna al otro extremo del adaptador se fija un pedazo de geotextil (filtro) con cinta adhesiva resistente. Posteriormente se adiciona arena sílica #30 en la

parte inferior del cilindro y se registra el peso y luego se coloca un filtro (geotextil) sobre la arena de tal manera que cubra toda la superficie asegurando que durante la colocación del material no pierda su consistencia. Luego, se adiciona aproximadamente 300 kg de desmonte en porciones de 25 kg, las rocas son colocadas indistintamente tal como se presentan en el campo. Para permitir la aireación en la parte posterior de los cilindros, se perforan 4 orificios de 1” de diámetro. Finalmente, al otro extremo de la manguera y en la parte inferior se coloca un muestreador (balde transparente de plástico de 20 litros de capacidad) y un grifo o caño en la parte inferior del balde para colectar la muestra de drenaje. Los cilindros son colocados ligeramente inclinados hacia la manguera de tal forma que se garantiza que se colectará todo el drenaje de los mismos.

Las celdas son dejadas expuestas a las condiciones climáticas del sitio tales como precipitación, evaporación y cambios de temperatura. El drenaje que pasa por el desmonte es colectado en el balde y monitoreado su calidad y flujo semanalmente. Las muestras son tomadas cuando hay como mínimo 4 litros de drenaje. Se registran parámetros de campo como conductividad eléctrica, pH, temperatura y otras observaciones visuales como coloración, formación de precipitados de mineral o crecimiento de algas. Las muestras de agua son enviadas a laboratorios externos al de mina para un análisis de componentes geoquímicos.

Como parte del programa geoquímico de Antamina se han instalado alrededor de 70 celdas hasta la fecha (Figura 3). El material puesto en las celdas son muestras representativas del material colocado en las pilas experimentales y han sido muestreadas directamente del tajo.

Figura 3 Celdas geoquímicas de campo individuales

B. Celdas geoquímicas de campo sobrepuestas o en serie

La instalación de estás celdas es similar a las celdas de camp individuales descrito en la sección anterior. La diferencia es que un cilindro es instalado sobre otro, teniendo dos cilindros en

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serie. Se coloca una clase de material encima de otra clase, es decir por ejemplo Clase A intrusivo sobre Clase C mármol o viceversa. La cantidad es relativa pero manteniendo una proporción conocida para comparar en comportamiento de unas celdas con otras. En la interfase o zona de contacto de las diferentes clases de material se coloca unos lisímetros para colectar el drenaje del material superior, mientras que en la parte baja central de la celda inferior se coloca una manguera para colectar el drenaje de las dos clases de material (Figura 4).

Figura 4 Celdas geoquímicas de campo sobrepuestas o en serie

C. Pilas experimentales instrumentadas de roca de desmonte

El diseño de la pila consta de 11 m de alto por 36m x 36m en la base. La base de la pila es una plataforma ligeramente inclinada y compactada, que es un área de 36m x 36m para la captación del drenaje. Para colectar el drenaje y medir los flujos, sobre la plataforma se instala una geomembrana bituminosa o geomembrana de alta densidad (HDPE), denominándose a esta zona como el lisímetro principal (Figura 5). Dentro del lisímetro, se construyeron 3 pequeñas áreas de colección de drenaje conocidas como sub-lisímetros. Tanto el lisímetro principal como los sub-lisímetros son usados para capturar la filtración que ocurre a través del material puesto en la pila, la cual drena hacia unos medidores de flujo instalados en una caseta de instrumentación. El flujo es medido y registrado en forma continua en un colector de data conjuntamente con la temperatura y la conductividad eléctrica. Cada drenaje es monitoreado semanalmente midiendo parámetros de campo y las muestras son enviadas a un laboratorio externo.

Figura 1 Vista de planta general de la pila experimental instrumentada

Las pilas son construidas mediante procesos de descarga libre desde una rampa de acceso a 11 m de altura. Se instalaron seis líneas de instrumentación dentro de la pila, dos a lo largo de la base horizontal y cuatro a lo largo del talud vertical de la pila a medida que la construcción se daba (Figura 6). Las líneas de instrumentación 5 y 6 fueron puestos horizontalmente en la base de la pila y cubiertas con el mismo material. Las líneas del 1 al 4 fueron puestas entre cada fase de descarga libre. En general, se instalaron 22 sondas para medir conductividad eléctrica y contenido de humedad en forma conjunta (ECH2O) y 32 termistors dentro de la pila. Estos sensores registran datos en tiempo real de la conductividad eléctrica, contenido volumétrico de agua y temperatura, respectivamente. Adicionalmente, se instalaron quince muestreadores de agua en suelo y 64 puertos de gas, para extraer agua y muestras de gases (Corazao, 2007; Bay, 2009).

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11 m Línea 3

Base de berma

Línea 1

Línea 2

Línea 4

Rampa de acceso

Líneas de instrumentación y Tuberías de drenaje

36 m Caseta de instrumentación

Línea 6 Línea 5

37°

Líneas de instrumentación

Cresta de berma Cresta de berma

Figura 6 Vista de perfil de la pila experimental instrumentada

En total se han construido 5 pilas instrumentadas de diferentes clases de rocas de desmonte (Figura 7). La pila 1 está compuesta por mármol y hornfels Clase B. El intrusivo y skarn (exoskarn) Clase A fueron puestos en las pilas 2 y 3, respectivamente. Finalmente, las pilas 4 y 5 están compuestas de una mezcla de materiales, la pila 4 de mármol y hornfels Clase B y C, y la pila 5 de intrusivo Clase A con mármol Clase C.

Figura 7 Vista general de las pilas experimentales construidas

2.2.3 Integración de resultados y escalamiento a botaderos reales

Integrar los resultados de las pruebas de laboratorio y campo permitirá desarrollar un modelo hidrogeoquímico, el mismo que tendrá como resultado final la estimación de la calidad de los drenajes proyectados a largo plazo. Sin embargo, este modele deberá ser calibrado y ajustado con datos reales de procesos que ocurren en el botadero, tales como movimiento de gases, niveles de oxidación, cambios térmicos y cargas de contaminantes en los drenajes de los botaderos. La Figura 8 muestra un esquema de cómo se desarrollará el modelo.

3 Primeros resultados y hallazgos importantes

3.1 Generación de aguas ácidas y neutras

Si en base a los criterios de comparación establecidos por Price (1997) se analiza el

Potencial Neto de Neutralización (PNN) versus la proporción del Potencial de Neutralización (PN) y el Potencial de Acidez (PA) obtenidos de las pruebas de balance ácido-base, entonces todas las muestras de sedimentos de lagunas y algunas muestras de skarn e intrusivo son potenciales generadores de ácido, el cual fue confirmado con las pruebas de columnas de humedad especialmente para los sedimentos de laguna, más no para los skarn e intrusivos, cuyos drenajes mostraron concentraciones bajas de metales.

Todas las muestras de caliza, mármol y hornfels y algunos muestras de skarn e intrusivo no son generadores de ácido (Figura 9), porque contienen altos niveles de minerales de carbonato. Pese a que estos minerales pueden neutralizar cualquier formación de aguas ácidas, ellos también pueden contribuir a liberar elementos lixiviables tales como zinc y molibdeno bajo condiciones de pH neutras. Es por ello que se sugiere evaluar el comportamiento geoquímico usando pruebas cinéticas pero en el campo.

3.2 Hidrología basado en la pilas

Las tasas de infiltración analizados en un año de lluvia indican la proporción que se descarga de las pilas con respecto a la precipitación total (recarga). Es así que el 41% de la precipitación anual se descarga de la pila 1 (Figura 10) y el 59% corresponde a la evaporación y a la retención o almacenamiento en la pila, aunque para pilas con material grueso, el almacenamiento podría considerarse como cero, es decir, insignificante (Bay et al, 2009; Bay, 2009). En las otras pilas, el 52, 36, 49 y 45% corresponden a las pilas 2, 3, 4 y 5, respectivamente. Por lo tanto, la descarga promedio de los botaderos oscila entre el 40 y 50% de la precipitación incidente, el cual debe ser tomado en cuenta para manejos posteriores de este monto del drenaje.

El tiempo para drenar la pila 1 hasta su base en una columna de 10m es de 3 a 4 meses, siendo la velocidad promedio del flujo de 5 cm por día. Mientras que el tiempo de drenaje es similar en todas las pilas, la descarga de las pilas 2 y 3 donde existe materiales más finos ha presentado una variabilidad temporal significativa comparado con las otras pilas. Por lo tanto, el tiempo para drenar los botaderos reales en Antamina es aproximadamente 7.5 años, pero el tiempo será más en desmonte con una granulometría más fina.

Pila 1

Pila 2

Pila 3

Pila 4

Pila 5

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7

Figura 8 Esquema para desarrollar el modelo hidrogeoquímico de los botaderos

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600

PNN (kg CaCO3/t)

PN

/PA

Hornfels

Marble

Intrusives

skarn

Lake Sediment

Potencial Generador de Acido

No Generador de Acido

Incierto

Figura 9 Comparación entre los resultados de PNN y PN/PA para la formación de aguas ácidas en el desmonte de Antamina

El flujo en las pilas responde a la precipitación y se correlaciona con la granulometría del material puesto en la pila. Las pilas con materiales gruesos

(1, 4 y 5) responden más rápidamente y tienen picos más altos de descarga que las pilas con material fino (2 y 3).

Mineralogía, microbiología, pruebas estáticas (BAB), pruebas cinéticas

(columnas de humedad)

Clases de roca individual

Hidrología Clima

Efectos de mezcla

Mecanismos de

modelamiento Mecanismos de

modelamiento

Hidrología Efectos de mezcla

Flujos preferenciales Composición de gases

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Jan-07 Apr-07 Jul-07 Oct-07 Jan-08 Apr-08 Jul-08 Oct-080

5

10

15

20

25

30

Daily

Pre

cipita

tion [

mm

]

0

1000

2000

Cum

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ay]

Jan-07 Apr-07 Jul-07 Oct-07 Jan-08 Apr-08 Jul-08 Oct-080

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10

15

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30

Pile

1 D

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ay]

0

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2000

Cum

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recip

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[m

m]

Descarga

Descarg

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e P

ila 1

[m

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ía]

Pre

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n d

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a [

mm

/día

] Precipitación

Precipitación acumulada

Pre

cip

itació

n a

cu

mu

lad

a [m

m]

Figura 10 Tasas de infiltración con respecto a la precipitación en la pila 1

3.3 Análisis de cargas contaminantes

Las concentraciones de sulfato en las pilas 1, 4 y 5 que contienen material relativamente grueso son comparables y varían entre 650 mg/L al final de la época de lluvia hasta 2,000 mg/L al inicio de la época de lluvia. Sin embargo, en la Pila 2 que contiene material más fino, las concentraciones de sulfato muestran menos variabilidad estacional, oscilando ente 1,200 y 1,800 mg/L. En la pila 3, las concentraciones de sulfato están entre los valores de las pilas con material grueso y la pila 2.

La pila 2 que contiene material intrusivo lixivia altas concentraciones de Mo (6-12 mg/L) y de Zn (6-20 mg/L). Mientras que la pila 3 que contiene exoskarn libera las más altas concentraciones de Zn (~40 mg/L).

Las concentraciones de metales disminuyen a medida que la época de lluvia avanza, pero la carga total de los metales es controlada por la cantidad de volumen de agua que drena de las pilas, más no por las concentraciones de los metales.

Las concentraciones de diferentes elementos de las celdas no están claramente relacionadas con la de las pilas. Las concentraciones y cargas en las celdas típicamente son más altas que en las pilas (Tabla 2) Esta variabilidad puede ser debido a: i) las celdas contienen clases de desmonte en forma individual de cada proceso de descarga en la pila, mientras que pila contiene un compósito de varias descargas y algunas veces son de diferente clase de desmonte, ii) las celdas están más expuestas a los cambios de clima, principalmente temperatura, y a diferencia de las pilas, las muestras de las celdas pueden secarse completamente, iii) las pilas son mucho más grandes y por lo tanto el transporte de gases es más limitado y el tiempo de residencia del agua en mucho más prolongado, y iv) hay partículas más gruesas en las pilas como los

bolones, y la reactividad esta relacionada con el tamaño de partícula y área superficial, en las celdas existe una mayor área superficial que en las pilas y por lo tanto se espera una mayor reactividad de los materiales contenido en las celdas. Esta variabilidad indica que los resultados de las celdas no pueden ser usadas para estimar cargas y concentraciones de las pilas sin hacer un escalamiento y tener en cuenta la variabilidad de las diferentes clases de desmonte.

3.4 Mecanismos de control de los metales

Se han desarrollado pruebas en el laboratorio y campo. En el laboratorio se hizo pruebas para ver si los procesos de solubilidad y adsorción pueden controlar la liberación del molibdeno. Para ello se han hecho experimentos en columnas y verificar la movilidad de molibdato controlado por la formación de minerales secundarios.

En el campo, las cedas sobrepuestas o en serie están sirviendo para ver los procesos geoquímicos que ocurren al mezclar dos clases y tipos de desmonte. El objetivo es evaluar si la movilidad de los metales de Zn y Mo contenidos en el intrusivo y/o skarn Clase A pueden ser controlados por materiales como el mármol y hornfels Clase C mediante la formación de precipitados o minerales secundarios. Adicionalmente evaluar los cambios en calidad de agua al mezclar Clase B con C, simulando la mezcla que ocurre en el botadero Tucush.

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Tabla 2 Comparación de cargas de elementos principales de las celdas y pilas1

Sulfato Zinc Molibdeno

Carga (mg/kg/sem)

Proporción Celda/Pila

Carga (mg/kg/sem)

Proporción Celda/Pila

Carga (mg/kg/sem)

Proporción Celda/Pila

Celdas P-1 Pila 1

1.1E+01 8.4E-01

13 8.2E-02 9.2E-04

89 1.5E-03 1.1E-05

136

Celdas P-2 Pila 2

1.7E+01 3.3E+00

5 2.0E-01 2.9E-02

7 1.1E-01 1.4E-02

8

Celdas P-3 Pila 3

2.0E+01 3.5E+00

6 2.8E-01 5.3E-02

5 9.8E-04 2.8E-05

35

Celdas P-4 (B) Celdas P-4 (C)

Pila 4

8.0E+00 1.7E+01

1.4E+00

6 12

4.9E-03 3.6E-03

8.9E-04

6 4

3.9E-04 7.2E-04

7.0E-05

6 10

Celdas P-5 (A) Celdas P-5 (C)

Pila 5

1.5E+01 1.9E+01

2.2E+00

7 9

5.3E-03 3.0E-03

4.5E-04

12 7

3.6E-02 9.7E-04

3.6E-04

99 3

1 Beckie et al, 2011. Weathering of Alkaline/Neutral Waste Rock - Lessons Learned Final Report 2005 – 2010

La carga en las celdas sólo fue calculada en época de lluvia puesto que no hay muestras en época seca. Los valores son el promedio de las cargas semanales

Otra evaluación en el campo está referida a los procesos geoquímicos que ocurren en las pilas 4 y 5 que también contiene desmontes de diferentes clases, similar a las celdas sobrepuestas. Sin embargo, a diferencia de las celdas, las pilas han sido construidas siguiendo la metodología de descarga libre, similar a como se da en los botadero reales. La pila 4 es una mezcla de desmonte Clase B con C en diferentes proporciones, tal como se da en el Botadero

Tucush, y la pila 5 está constituida por la mezcla de intrusivo Clase A con mármol/hornfels Clase C. En algunas zonas de las pilas, el material reactivo está sobre el menos reactivo y en otras zonas ocurre lo contrario. La comparación de resultados de los drenajes en cada caso será un aspecto importante a evaluar para determinar si la liberación de metales es controlado por procesos como adsorción o precipitación.

Figure 11 Imagen de la powelita encapsulando la molibdenita identificado con el MLA

De acuerdo a los resultados del laboratorio, la solubilidad del Mo está controlada por la presencia de la powelita (CaMoO4) y la wulfenita (PbMoO4). La powelita reacciona más lento y es relativamente más soluble que la wulfenita. Sin embargo, bajo condiciones de pH neutras, la solubilidad del Pb es también afectado por la precipitación de carbonatos e hidróxidos de Pb, el mismo que podría afectar la disponibilidad de Pb para formar wulfenita, aunque las pruebas han determinado que generalmente la formación de wulfenita es mayor que otros minerales con Pb, debido a que tienen muy baja solubilidad (Beckie et al, 2011). Tanto la powelita como la wulfenita encapsulan la

molibdenita (MoS), reduciendo la liberación de Mo al ambiente (Figura 1).

No se ha evidenciado la formación de molibdatos de Cu o Zn, indicando que estos elementos no se controlan entre si.

Los primeros resultados de las celdas sobrepuestas indican que el Zn que se libera del exoskarn Clase A está siendo controlado y reducido luego de pasar por el desmonte hornfels Clase B/C (Figura 12), esto indica que el zinc es reducido formando minerales secundarios como carbonatos de Zn, el mismo que tiene que ser validado. Por otro lado, el Mo también es controlado únicamente si el desmonte que lo

MLA: Molibdenita (1) en asociación con la powelita (2)

Page 10: Antamina-evaluacion Geoquimica e Hidrologica de Botaderos

10

contiene está en contacto con otro desmonte que contiene sulfuros de plomo, como la galena (Beckie et al, 2011). Esto significa que si el desmonte con Pb es colocado en la parte baja de los botaderos y el desmonte con Mo en la parte superior, la movilización del Mo o molibdato puede ser controlado formando wulfenita, similar a lo observado en las pruebas de laboratorio.

Los resultados preliminares de la pila 4 muestran que las concentraciones de SO4 (500-2,000 mg/L),

Zn (<1.0 mg/L), Mo (<0.1 mg/L) y As (<0.1 mg/L) no son reducidas considerablemente al drenar el agua del material C a B ó de B a C (Figura 13), esto debido a que los tipos de rocas, mármol y hornfels, presentes en las pilas tienen características que reaccionan en forma similar, a pesar de tener un contenido diferente en la fase sólida. Este proceso es un indicio preliminar de lo que puede ocurrir en el botadero Tucush, y confirmar que la mezcla de B y C no generan cambios considerables si están mezclados.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Días desde la instalación

Zn (

mg/

L)

Celda individual

Celda - abajo

Celda - arriba

Figure 12 Resultados preliminares del control de Zn y Mo en las celdas sobrepuestas

El comportamiento es diferente en la pila 5, donde se observa que las concentraciones de Zn en los drenajes son reducidos considerablemente, desde 0.8-4.0 mg/L hasta <0.2 mg/L (Figura 14). Esto ocurre principalmente en el escenario que se tiene material mármol Clase C debajo del intrusivo A con

gran concentración de Zn, en el escenario opuesto no ocurre esta reducción. Este proceso debe ser monitoreado y seguido para ver si esto continúa y cuál es el proceso que ocurre. No hay cambios significativos en SO4, Mo y As.

CBCB

C

CBC

CB

Figure 13 Resultados preliminares del control de Zn y Mo en la pila 4

Otro proceso observado es la formación de precipitados de sulfato de cobre que está ocurriendo en la pila 2 (Figura 15), permitiendo el control de la movilidad de Cu y a reducción del cobre en el drenaje de la pila (estación UBC-2D), pero los valores de pH están bajando indicando

que el proceso de formación de aguas ácidas está en marcha (Figura 16). También se puede observar que una de las celdas relacionada a la pila 2 está liberando Cu.

0

1

2

3

4

5

6

7

0 100 200 300 400 500

Días desde la instalación

Mo

(m

g/L)

Celda individual

Celda - abajo

Celda - arriba

Exoskarn

Hornfels

Intrusivo

Mármol

C

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C

A

C

A

C

A C

A

C

A

Figure 14 Resultados preliminares del control de Zn y Mo en la pila 5

Figure 15 Formación de precipitados de sulfato de cobre provenientes del drenaje de la pila 2

Figure 16 Comparación de las concentraciones de cobre y pH en las pilas y celdas de la pila 2

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12

4 Conclusiones

Antamina viene desarrollando un programa geoquímico de rocas muy agresivo, el mismo que se lleva a cabo a diferentes escalas. Costosos pero adecuadas pruebas cinéticas de campo han sido instaladas en la etapa temprana de la vida de la mina, esto permitirá obtener resultados próximos que ayudarán a Antamina a tomar decisiones para el manejo posterior del desmonte. Este programa está siendo muy reconocido por entes externos y los mismos accionistas, debido a que contribuye con el desarrollo sostenible, como una oportunidad de prevención de algún impacto ambiental negativo a largo plazo y su aporte a la ciencia aplicada en la industria minera.

Entender el comportamiento geoquímico e hidrológico de los desmontes es vital para el planeamiento adecuado de mina de las etapas de operación, cierre y post cierre. Por ejemplo, una de las acciones será estimar la calidad del agua a largo plazo de los botaderos en base a un modelo hidrogeoquímico, para definir el método más adecuado desde la óptica técnica/económica para el manejo y tratamiento del agua.

Para una mejor predicción de la calidad de los drenajes del desmonte bajo condiciones de pH casi neutras basado en pruebas cinéticas, es mejor usar las pruebas cinéticas de campo, que las del laboratorio, pero deben ser complementadas. Las pruebas de campo incorporan las condiciones climáticas del sitio. Por lo tanto, evaluar sólo los contenidos de carbonato y sulfuros de una muestra no es suficiente para predecir tasas de lixiviación.

Las rocas intrusivas y skarn fueron identificadas como las más reactivas, ya que lixivian grandes cantidades de Mo, Zn y Cu. Las rocas de tipo mármol y hornfels tienen un gran potencial de neutralización, puesto que contienen grandes cantidades de carbonato.

El 40-50% de total de la precipitación anual representa la cantidad de la infiltración de las pilas. Esto indica que este monto debe ser tomado en cuenta y escalado para verificar la tasa de filtración anual de los botaderos.

La tendencia de las concentraciones son inversamente opuestas a la de la carga contaminante, esto indica que el comportamiento geoquímico es estacional. Esto significa que la carga es controlada por el volumen más no por la concentración.

Diversas pruebas de laboratorio y campo han demostrado que si se mezclan diferentes clases de roca, se pueden controlar algunos metales que se liberan de los desmontes más reactivos.

Agradecimiento

Quisiera agradecer principalmente al equipo investigador de la Universidad de British Columbia, desde los profesores, estudiantes y colaboradores, que hacen que los resultados mostrados en este documento, sean una motivación enorme para

continuar con la investigación y pueda ser aplicado en la operación de la industria minera.

Quisiera agradecer también a Compañía Minera Antamina S.A. y al personal que colabora con esta investigación, desde los técnicos hasta la gerencia, con quienes finalmente se decide el soporte de la continuación del proyecto.

Finalmente, agradecer a Teck y al gobierno canadiense (NSERC) quienes han colaborado con la administración y financiamiento de esta investigación.

Referencias

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