Aunque es raro, los principales incidentes que involucran los tranques de relaves tienen el potencial de ocasionar enormes daños, tanto en el terreno como a nivel corporativo. El manejo eficaz del depósito de relaves y del almacenamiento a largo plazo es crucial para minimizar este riesgo.
Por Simon Walker, Editor Europeo
Casi 20 años atrás, el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) encargó un estudio sobre fallas y otros incidentes similares que involucran los tranques de relave—ahora comúnmente conocidos como instalaciones de almacenamiento de relaves (TSFs, según sigla en inglés)—entre el año 1980 y 1996. El estudio reveló que los tranques de relaves y otros embalses eran esencialmente un invento del siglo XX, donde la práctica común antes de eso había sido la eliminación incontrolada de residuos en las cercanías de los cursos de agua o lagos. “Por el contrario, el moderno embalse de relaves era generalmente de una construcción muy sofisticada basada en firmes cimientos geotécnicos,” indicó el informe.
Aunque de alto interés periodístico en el momento, los principales incidentes que involucraban las TSFs eran infrecuentes. El estudio de PNUMA identificó menos de 10 que habían ocurrido durante el período de revisión de 15 años, una cifra que ha sido confirmada por los acontecimientos posteriores. En un paper presentado en la conferencia del 2014 de Relaves y Desechos Mineros, organizada por la Universidad Estatal de Colorado y celebrada en Keystone, Colorado, EEUU, ese octubre, Richard Tocher y otros señalaron que “la incidencia de falla del tranque de relaves alcanzó su máximo pick desde el año 1960 al 1980 a una tasa de alrededor de 50 fallas por década. Desde la década del 1980, la tasa ha sido de aproximadamente 20 fallas por década.
“La reducción de las fallas a nivel mundial pueden atribuirse a las mejoras en el diseño, construcción y operación de instalaciones modernas,” explicaron.
Por lo tanto, si ese es el caso, ¿qué sigue estando mal? ¿Cómo es que los Mount Polleys de este mundo aún son capaces de ocupar los titulares de la prensa? De hecho, por supuesto, la investigación sobre este incidente en particular llegó a la conclusión de que la falla de la pared del tranque se produjo debido al comportamiento imprevisto de una capa de subsuelo específica que se encontraba debajo de éste. Como se comprobó en el informe de investigación “El diseño no tomó en cuenta la complejidad del entorno geológico sub-glacial y pre-glacial asociado con la base del terraplén perimetral,” señalando que ni la intervención humana (que indica que “la gente hace cosas que no debería”), desbordamiento ni la tubería interna parecieron ser los factores contribuyentes. La carga sobre los cimientos de la pared del tranque se tornó excesiva, y los cimientos fallaron.
El informe de PNUMA hizo referencia a algunos incidentes de la TSF que permanecen bastante claros en la memoria, como Omai, Guyana (1995), y la falla del tranque Merriespruit en Sudáfrica el año anterior. Desde entonces, los incidentes incluyen a la mina Aznalcóllar (Los Frailes) en el sur de España en 1998 y la falla del depósito Kolontár en Hungría en 2010, aunque éste involucró el barro rojo desde una refinería de alúmina en lugar de los relaves de la mina per se. A estos se podría añadir la liberación de agua embalsada desde el tranque que sirve para la antigua mina de cobre Opemiska en Québec en 2008, como un ejemplo de la falla de un histórico tranque en lugar de uno que sigue en uso activo.
Y la industria de roca dura no es el único sector que ha sufrido los efectos de los incidentes de las TSF. La industria del carbón también ha tenido su cuota de problemas, donde uno de los eventos recientes ha sido la liberación de semisólidos y agua de una instalación de contención en la paralizada mina Obed Mountain en Alberta. La investigación posterior sugiere que las autoridades reguladoras fallaron para inspeccionar las TSFs de la mina de carbón de la provincia durante años, y no estaban al tanto de la estructura fallada.
Una TSF bien operada es esencial para el éxito de cualquier mina, donde el procesamiento de minerales es parte integral de la operación. No obstante, es evidente que, hasta hace poco, las TSFs habían sido a menudo una relación deficiente cuando se trata de la inversión y la gestión. Al hablar en la conferencia de AusIMM sobre la Gestión de Relaves y Residuos de Minas, que se celebró en Sydney, Nueva Gales del Sur, del 27 al 28 de julio, Johan Boshoff, principal ingeniero de relaves en Golder Associates, opinó indicando que: “Las TSFs no son consideradas frecuentemente como activos y no reciben la atención que merecen en términos de prestación de asistencia técnica y financiera. Una TSF no es una estructura simple, sino una estructura compleja y dinámica, que cambia durante toda su vida útil.”
Enfocándose en la Mejora
Se ha llevado a cabo una enorme cantidad de trabajo para mejorar el diseño de las TSFs y reducir la probabilidad de fallas. Sin duda, hay una mejor comprensión de los mecanismos que pueden contribuir a la falla de los embalses y en la manera en que las TSFs deben ser administradas en términos de estrategia de depósito y retención de agua.
Y, dado que en algún momento el agua es generalmente un factor clave en la rotura de un tranque, hay un creciente interés en la reducción del volumen del agua contenido en las TSFs así como avanzar en dirección de los depósitos secos, donde los relaves provenientes desde el triturador son desaguados de un modo considerablemente superior que en el pasado. Relaves más secos significa mayor estabilidad del material, así como menos tiempo necesario para poder iniciar la restauración de la superficie.
A esto hay que añadir la realidad de que en muchas zonas del mundo, la escasez de agua se está convirtiendo en un problema en sí y los beneficios de la reducción de la cantidad de agua que puede evaporarse o absorberse desde las TSFs migra rápidamente hacia la línea inferior de la operación.
En un discurso ante la conferencia AusIMM, Andy Fourie, profesor de la Universidad de Australia Occidental, señaló que el incidente de Mount Polley no fue el único en el 2014, puesto que la falla de otro tranque (en una operación de mineral de hierro en Brasil) cobró la vida de tres personas. “Las causas de esta última falla quizás nunca se investiguen tan bien como las de Mount Polley, pero la monótona regularidad de las fallas de este tipo indican claramente que las mejoras significativas en el manejo de relaves son esenciales,” continuó diciendo Fourie.
“Durante la última década o dos, se ha prestado gran atención al uso de relaves espesados con alta densidad,” dijo, antes de examinar algunas de las operaciones que hayan implementado con éxito los sistemas de manejo de relaves de alta densidad. Fourie dijo que la implementación ha sido más difícil de lo previsto en algunos casos. Con el informe de investigación de Mount Polley concluyendo que, “el futuro exige no sólo una mejor adopción de las mejores prácticas aplicables (BAP), sino que también una migración a las mejores tecnologías disponibles (BAT),” existe la posibilidad de implementar niveles aún mayores de desagüe, tales como la producción de relaves filtrados, cree Fourie.
Los ejemplos de BAT citados en el informe de Mount Polley incluyen relaves filtrados, insaturados, compactados y una reducción del uso del agua cubierta en recintos cerrados.
En otra presentación de la misma reunión, el profesor David Williams, de la Universidad de Queensland, señaló que “la eliminación de relaves se ha basado en la minimización del capital a corto plazo y de los costos operativos, los cuales han conducido a la adopción generalizada de las TSFs de superficie para almacenar los relaves semilíquidos enviados a través de ductos y bombas centrífugas robustas y rentables.
“Las altas tasas de aumento de relaves diluidos hacia una instalación utilizada para almacenar relaves y agua sobrenadante resulta en un depósito de relaves suave, húmedo y de baja densidad que no sólo ocupa un gran volumen de almacenamiento sino que también presenta dificultades de rehabilitación,” continuó. “Los relaves de baja densidad resultan en altos costos en paredes de contención, en costos muy elevados de rehabilitación y en un bajo potencial para el futuro uso de tierras o función ecológica.
“En general, el costo de la eliminación de relaves semilíquidos, el cual se consideró que era bajo, es en realidad alto,” dijo Williams.
¿Desechos o un Recurso?
A lo largo de la historia de la industria de la minería, a menudo los relaves de ayer resultaron ser recursos del mañana. Los adelantos en la tecnología han hecho que la recuperación de los valores residuales sea no tan sólo viable, sino que también extremadamente atractiva, mientras que el creciente interés por asegurar la estabilidad a largo plazo de las TSFs ha sido otro estímulo hacia la reconstrucción.
En su presentación en la conferencia de AusIMM, el Dr. Dirk van Zyl y otros consideraron oportunidades para la reutilización de relaves y rocas estériles en otras formas, tanto durante como después de la operación minera. Van Zyl, de la Universidad de British Columbia y casualmente uno de los expertos del grupo que realizó la investigación de Mount Polley, señaló que no sólo hay alrededor de 75 proyectos de reconstrucción de relaves activos en la actualidad en todo el mundo, sino que hay además una amplia gama de otros usos en curso o investigación.
Estos incluyen el traslado de equipos de trituración de rocas a las comunidades locales, que pueden luego utilizar los residuos mineros para los áridos de construcción, la instalación de paneles de energía solar en TSFs históricas, nuevas tierras para la agricultura, la creación de nuevas instalaciones de recreación y vida silvestre, y donde la geoquímica sea adecuada, el uso de relaves como un sumidero de captura de carbono. Y estos, por supuesto, no toman en cuenta el uso creciente de relaves para el relleno subterráneo donde el método minero así lo requiera.
Todo lo cual está muy bien en teoría, pero requiere la gestión a largo plazo para asegurar que cualquier material para su posterior reutilización es en realidad adecuado, y que existe una comunicación permanente con los potenciales usuarios finales para garantizar que se cumplan las expectativas de la comunidad.
En términos de su potencial como fuentes secundarias de minerales, Eugene Louwens y otros en la Universidad de Queensland describieron su trabajo sobre la aplicación de los principios y metodologías geo-metalúrgicos a las TSFs. La geo-metalurgia comprende la geología, la minería y el procesamiento de minerales para optimizar la recuperación de minerales. Louwens y sus colegas sostuvieron que la caracterización geo-metalúrgica fundamental, tal como se aplica a los yacimientos de minerales, también debería aplicarse a la planificación del retratamiento de las TSFs.
Al utilizar la TSF en la operación Ernest Henry de Glencore como su banco de prueba, los autores desarrollaron un enfoque que tiene en cuenta el rendimiento del procesamiento. Esto, dijeron, permite una evaluación económica más realista del posible reprocesamiento del material de relaves, el cual, en el caso de Ernest Henry, contiene recursos de magnetita, cobre, cobalto y oro. Además, consideran que el enfoque es genérico, y que puede ser aplicado a otras TSFs que están siendo consideradas para su reprocesamiento.
Mezclando Residuos
Uno de los mayores obstáculos para mantener la estabilidad a largo plazo en las TSFs convencionales sigue siendo la naturaleza de los relaves en sí. De grano fino, su alta capacidad de retención de agua significa que a menudo los relaves de demoran décadas en quedar lo suficientemente secos para que su recuperación sea exitosa. A esto hay que añadir la posibilidad de licuefacción bajo cargas de choque o si ocurre una rotura de tranque, y es evidente que la operación convencional de las TSFs puede distar mucho de lo ideal.
Un enfoque que se está abordando actualmente es la posibilidad de un co-depósito de relaves finos con residuos mineros mucho más gruesos. Si bien el uso de desechos mineros ha sido una práctica habitual en el pasado para construir paredes de tranques, éste lleva el concepto un paso más allá.
En la reunión de AusIMM, un paper de Rob Longey y varios otros describió la construcción de una nueva TSF en la mina de hierro Savage River de Grange Resources en Tasmania, la cual proporcionará almacenamiento para unos 37 millones de m3 de relaves durante una vida útil de 20 años. Describieron cómo el terraplén se está construyendo enteramente de roca estéril proveniente de la actividad minera e incluye un drenaje de paso directo construido de rocas no ácidas. Este enfoque proporciona un almacenamiento rentable para los relaves y las rocas estériles, mientras que maximiza el espacio disponible en el sitio.
Otra ventaja de este concepto, dijeron, es que la escorrentía desde la TSF proporcionará una fuente de alcalinidad a largo plazo a las aguas abajo, con el objetivo de ayudar a corregir algunos de los procesos de degradación ambiental causada por los flujos ácidos provenientes de las operaciones mineras históricas en el distrito.
La idea de utilizar residuos alcalinos para neutralizar los caudales de la mineralización en forma ácida no es nada nuevo, pero requiere de una cuidadosa planificación y gestión para garantizar que el material apropiado sea utilizado en los lugares correctos. Hablando en la conferencia de Colorado el año pasado, Habte Kebreab y otros de Golder Associates consideraron la TSF de co-depósito diseñada para la mina de oro, cobalto, bismuto, cobre NICO propuesta de Fortune Minerales en los Territorios del Noroeste de Canadá. La TSF ha sido diseñada como una instalación de almacenamiento permanente para los 97 millones de toneladas de roca estéril y los 30 millones de toneladas de relaves que la mina producirá a lo largo de su vida útil.
“La co-eliminación ofrece una alternativa para el método más frecuentemente utilizado para la eliminación por separado de los relaves y escombros mineros,” dijeron. “Aunque el concepto de co-eliminación aumentará la complejidad y el costo de las operaciones, éste reducirá el área de cobertura, aumentará la tasa de consolidación de los relaves, mejorará la estabilidad, reducirá el potencial de liofilización (secado por congelación) y remoción de polvo de los relaves, y reducirá la lixiviación de metales y el drenaje ácido de la mina de los escombros mineros.”
El Espesamiento Gana Terreno
Como Fourie mencionó en su discurso inaugural de la conferencia AusIMM, la practicidad del espesamiento de relaves antes de ser depositados en una TSF está ocupando actualmente la destreza en ingeniería de un montón de empresas mineras de todo el mundo y no ha sido un camino de rosas.
Los delegados en la Conferencia de Colorado escucharon una presentación de Jeremy Boswell y sus colegas en Thurber Engineering sobre algunos de los retos operacionales experimentados y las soluciones encontradas, donde se utiliza la tecnología de relaves espesados. “El depósito de relaves convencionales espesados ha encontrado muchos desafíos operacionales a lo largo de los años,” señalaron. “Estos incluyen la variación en la alimentación, contenido de sólidos, establecimiento de playa, limitaciones de estabilidad y capacidad, drenaje, consolidación, sobrenadante y finos.
“El diseño y operación de alta calidad de los espesadores pueden prevenir muchos de los problemas encontrados en el depósito de relaves,” sugirieron los autores, mientras listaron algunos de los remedios que pueden ser empleados como control de la densidad relativa de los semisólidos, la eliminación del exceso de agua, el desarrollo de un ciclo de deposición conservador que tiene en cuenta el clima, el control de descarga, las técnicas de decantación y drenaje, y la planificación de eventos fuera de especificación.
“Muchos problemas de los relaves no surgen de la noche a la mañana,” señalaron. “Ellos son a menudo el resultado de una combinación de factores que, si no se afrontan, pueden llegar a convertirse en una espiral fuera de control. Asimismo, la prevención y solución de los problemas operativos de los relaves son el resultado de un plan en equipo intencional e integrado que aborda sistemáticamente cada aspecto de la operación.”
Hablando en la conferencia de AusIMM, el profesor David Boger de la Universidad Monash analizó el espesamiento de relaves desde su propia perspectiva especialista: reología de semisólidos. Las etapas iniciales del desagüe de relaves cambian el comportamiento del material de aquel de un fluido Newtoniano a uno no-Newtoniano, dijo, mientras que un desagüe adicional conlleva a la formación de una pasta que requiere diferentes conceptos para su transporte y almacenamiento. “El apilamiento en seco ha sido posible gracias a los avances significativos en el diseño del espesante a través de la elaboración de los espesantes de compresión y los avances en la tecnología de las bombas,” añadió.
El trabajo más reciente se ha centrado en el uso de la floculación de polímeros en-línea que, según señaló, tiene algunas ventajas sobre el uso de costosos espesantes de compresión. Al añadir el floculante a la tubería de descarga, los relaves se pueden bombear como un fluido de baja concentración que se segrega cuando llega a la TSF, entregando costos de bombeo inferiores a aquel para las pastas y mejorando las características de sedimentación.
Arenas Petrolíferas: Un Caso Especial
En la industria de las arenas petrolíferas de Canadá, Syncrude cuenta ahora con un proyecto de centrifugación de relaves por un total de C$1.9 billones. Diseñado para eliminar el agua de los relaves resultantes de la extracción de bitumen, la planta está basada en el trabajo piloto que la empresa emprendió en 2007, específicamente para abordar los problemas causados por las características de retención de agua de relaves finos maduros (MFT). Posteriormente Shell adoptó la tecnología, modificándola para usarla en la operación de su propia mina Jackpine. El uso de la centrifugación como medio de desagüe de MFT tiene el potencial de reducir la cantidad de espacio necesario para secar y almacenar el MFT hasta un 50%, según COSIA (Alianza para la Innovación de Arenas Bituminosas de Canadá).
Durante varios años, las empresas involucradas en la producción de arenas bituminosas extraídas han estado trabajando en el manejo de relaves con miras a mejorar el cumplimiento de los requisitos de la Directriz 074 del Regulador de Energía de Alberta, emitida en 2009. En marzo, el gobierno provincial de Alberta publicó un nuevo Marco de Gestión de Relaves preliminar, que pretende gestionar volúmenes de relaves fluidos, de tal manera que se minimice el riesgo y la responsabilidad medioambiental de sus repercusiones sobre el paisaje del norte de Alberta.
A modo de ilustración, el documento preliminar de este marco de trabajo sugiere que el potencial efecto agregado de los relaves podría alcanzar más de 7.000 millones de m3 en el año 2060, en virtud de un escenario habitual. Esto se habría reducido a unos 2.600 millones de m3 de relaves nuevos, según la directriz anterior, mientras que el nuevo marco de trabajo está apuntando a un total combinado de relaves tanto históricos como nuevos de alrededor de 600-700 millones de m3, dependiendo, por supuesto, del nivel de aplicación de las políticas en el futuro. Cualquiera que sea el resultado, es evidente que existen importantes oportunidades para un replanteamiento radical sobre cómo serán administrados los relaves de las arenas petrolíferas en el futuro, manteniendo con el nuevo marco de trabajo el criterio anterior respecto a que los relaves deben estar en un estado listo para su recuperación dentro de 10 años después del término de la vida útil de la mina.
Visión a Largo Plazo
La longevidad es sólo uno de los factores que debe ser integrado en un plan sostenible de TSF. Los procesos naturales de degradación puede que no sean de importancia de aquí a 10 años, pero en 100 o 500 años, la situación podría ser muy diferente.
En la conferencia de Colorado, Franco Oboni y otros expusieron sus opiniones sobre la evaluación de los riesgos del rendimiento a largo plazo de las instalaciones de relaves clausuradas, mostrando que el diseño de los trabajos de clausura para diferentes periodos de tiempo puede resultar en importantes diferencias de costos y percepciones de lo que constituye un buen método de clausura. En lugar de confiar en las prácticas pasadas para satisfacer las inquietudes de la sociedad, lo que se necesita es “un procedimiento transparente que nos permita comparar racionalmente los diseños, fomentar un entendimiento de lo que sabemos y lo que no sabemos y medir las oportunidades de éxito de manera comparable-reproducible que, junto con nuestro buen sentido de ingeniería, darán el confort necesario a nuestra propuesta de ideas de manera que pueda ser explicada al público y a los reguladores,” afirmaron.
La opinión pública y la conciencia pública están mucho más centradas de lo que solía ser. “En poco más de 100 años, hemos pasado de ‘tirar todo al río’ a gastar cientos de millones de dólares para las TSFs y luego gastar un billón (o más) para la rehabilitación ambiental de instalaciones ‘que salieron mal,’” continuó Oboni. “La contaminación es perseguida y las empresas pierden gran parte de su capitalización en el mercado a causa de los accidentes en los relaves.”
La integridad de las geo-estructuras tales como los tranques de relaves irá en decadencia inevitablemente con el paso del tiempo, frecuentemente como consecuencia de los repetidos incidentes o eventos como el daño por hielo, asentamiento, inundaciones o, en zonas sensibles del mundo, terremotos. La única forma de reducir el aumento de la probabilidad de falla es reparando el daño que se produce como resultado de cada acierto de peligro, dijo Oboni. “Los riesgos, especialmente los de largo plazo, nunca pueden reducirse a cero. Los conocimientos de ingeniería y el buen juicio nos permiten imaginar soluciones sólidas que, de una manera económicamente sostenible, entregarán los mejores resultados imaginables.”
Como Johan Boshoff señaló en su conferencia de Sidney, “La vida operativa de una TSF es el período en que existe la mayor oportunidad de ocurrencia de riesgos. La falla de una TSF no es normalmente el resultado de un evento único, sino más bien el resultado de una consecuencia de eventos. Estos eventos no suelen reconocerse en el tiempo.
“La industria minera [debe] adoptar un enfoque a más largo plazo para la planificación de las TSFs,” afirmó. “Uno de los factores críticos para la rehabilitación final de una TSF es la gestión del depósito de relaves durante la operación minera. Sin el depósito sistemático de relaves y la administración cuidadosa del agua, la rehabilitación final puede ser muy costosa, en un momento en que el flujo de efectivo es limitado o inexistente.
“Gran parte de este problema puede superarse mediante una adecuada planificación, afín con el buen manejo de relaves y el uso de un enfoque técnico acertado a comienzos de la vida útil de la instalación,” concluyó.
Un buen planteamiento técnico ya está disponible, dijo el profesor Boger, citando una fuente de referencia: “La implementación de la pasta y los relaves espesados puede resultar en la reducción de los costos y riesgos financieros, basado en los costos del ciclo de vida completo, la mejora de los beneficios medioambientales y la mejora de la percepción del público y la seguridad.
“El problema es que los métodos contables del ciclo de vida completo generalmente no son utilizados o impuestos,” añadió.
Agradecimientos
Equipo Minero quisiera agradecer a Linda Hinshaw en la Universidad del Estado de Colorado y Eliza Sanneman y Kelly Steele en AusIMM por facilitar el acceso a los documentos citados en este artículo. La conferencia de Relaves y Desechos Mineros del 2015, se llevó a cabo del 25 al 28 de octubre en Vancouver, y fue organizada por el Norman B. Keevil Institute of Mining Engineering en la Universidad de British Columbia, la Universidad Estatal de Colorado y la Universidad de Alberta.
