En minería , los relaves o colas son los materiales que quedan después del proceso de separación de la fracción valiosa de la fracción no económica ( ganga ) de un mineral . Los relaves son diferentes de la sobrecarga , que es la roca estéril u otro material que recubre un mineral o cuerpo mineral y se desplaza durante la minería sin ser procesado.
La extracción de minerales de un mineral puede realizarse de dos maneras: la minería de placer , que utiliza agua y gravedad para concentrar los minerales valiosos, o la minería de roca dura , que pulveriza la roca que contiene el mineral y luego se basa en reacciones químicas para concentrar el material buscado. En esta última, la extracción de minerales del mineral requiere conminución , es decir, moler el mineral en partículas finas para facilitar la extracción del elemento o elementos objetivo. Debido a esta conminución, los relaves consisten en una suspensión de partículas finas, que van desde el tamaño de un grano de arena hasta unos pocos micrómetros. [1] Los relaves de mina generalmente se producen a partir del molino en forma de suspensión, que es una mezcla de partículas minerales finas y agua. [2]
Es probable que los relaves sean fuentes peligrosas de sustancias químicas tóxicas, como metales pesados , sulfuros y contenido radiactivo . Estas sustancias químicas son especialmente peligrosas cuando se almacenan en el agua en estanques detrás de las presas de relaves . Estos estanques también son vulnerables a grandes roturas o fugas de las presas, lo que provoca desastres ambientales , como el desastre del Monte Polley en Columbia Británica . Debido a estas y otras preocupaciones ambientales, como las fugas de agua subterránea , las emisiones tóxicas y la muerte de aves, las pilas y estanques de relaves han recibido un mayor escrutinio, especialmente en los países desarrollados, pero la primera norma a nivel de las Naciones Unidas para la gestión de relaves recién se estableció en 2020. [3]
Existe una amplia gama de métodos para recuperar el valor económico, contener o mitigar de otro modo los impactos de los relaves. Sin embargo, a nivel internacional, estas prácticas son deficientes y, en ocasiones, violan los derechos humanos.
Los relaves también se denominan vertederos de minas , vertederos de culm , limos , desechos , residuos de lixiviación , slickens o terra-cone (terrikon) .
Los efluentes de los relaves de la minería de minerales sulfídicos han sido descritos como "el mayor pasivo ambiental de la industria minera". [4] Estos relaves contienen grandes cantidades de pirita (FeS 2 ) y sulfuro de hierro (II) (FeS), que son rechazados de los codiciados minerales de cobre y níquel, así como del carbón. Aunque inofensivos bajo tierra, estos minerales son reactivos con el aire en presencia de microorganismos, que si no se manejan adecuadamente conducen al drenaje ácido de la mina .
Se estima que anualmente se producen entre 100 y 280 millones de toneladas de residuos de fosfoyeso como consecuencia del procesamiento de la roca fosfórica para la producción de fertilizantes fosfatados. [5] Además de ser inútil y abundante, el fosfoyeso es radiactivo debido a la presencia de uranio y torio naturales y sus isótopos hijos . Dependiendo del precio alcanzable en el mercado del uranio , la extracción del contenido de uranio puede ser económicamente lucrativa incluso en ausencia de otros incentivos, como la reducción del daño que los metales pesados radiactivos causan al medio ambiente.
Los relaves de bauxita son un producto de desecho generado en la producción industrial de aluminio . La preparación de los aproximadamente 70 millones de toneladas (150 mil millones de libras) que se producen anualmente es uno de los problemas más importantes para la industria minera del aluminio. [6]
El lodo rojo , ahora más frecuentemente denominado residuo de bauxita, es un residuo industrial generado durante el procesamiento de bauxita en alúmina mediante el proceso Bayer . Está compuesto de varios compuestos de óxido , incluidos los óxidos de hierro que le dan su color rojo. Más del 97% de la alúmina producida a nivel mundial se realiza mediante el proceso Bayer; por cada tonelada (2200 lb) de alúmina producida, también se producen aproximadamente entre 1 y 1,5 toneladas (2200 a 3300 lb) de lodo rojo; el promedio mundial es de 1,23. La producción anual de alúmina en 2023 fue de más de 142 millones de toneladas (310 mil millones de libras), lo que resultó en la generación de aproximadamente 170 millones de toneladas (370 mil millones de libras) de lodo rojo. [7]
Debido a este alto nivel de producción y a la alta alcalinidad del material , si no se almacena adecuadamente, puede suponer un riesgo medioambiental importante. Por ello, se están invirtiendo importantes esfuerzos en encontrar mejores métodos de almacenamiento seguro y de tratamiento, como la valorización de residuos , para crear materiales útiles para el cemento y el hormigón . [8]
Con menor frecuencia, este material también se conoce como relaves de bauxita, lodos rojos o residuos de refinería de alúmina. Cada vez se adopta más el nombre de bauxita procesada, especialmente cuando se utiliza en aplicaciones de cemento.
Los desechos de carbón (también descritos como desechos de carbón, roca, escoria, relaves de carbón, material de desecho, banco de roca, culmo, hueso o pegote [9] ) son el material que queda de la minería de carbón, generalmente como pilas de relaves o vertederos de escombros . Por cada tonelada de carbón duro generado por la minería, quedan 400 kg (880 lb) de material de desecho, que incluye algo de carbón perdido que es parcialmente recuperable económicamente. [10] Los desechos de carbón se distinguen de los subproductos de la quema de carbón, como las cenizas volantes .
Los montones de desechos de carbón pueden tener consecuencias ambientales negativas significativas, incluida la lixiviación de residuos de hierro, manganeso y aluminio en vías fluviales y drenajes ácidos de minas . [11] La escorrentía puede generar contaminación tanto de aguas superficiales como subterráneas. [12] Los montones también crean un peligro de incendio, con el potencial de encenderse espontáneamente. Debido a que la mayoría de los desechos de carbón albergan componentes tóxicos, no es fácil recuperarlos replantándolos con plantas como pastos de playa. [13] [14]
El carbón de antracita residual contiene aproximadamente cuatro veces más mercurio tóxico y más azufre que el carbón común. [9] Culm es el término que se usa para designar el carbón de antracita residual . [9]Las primeras operaciones mineras a menudo no tomaban las medidas adecuadas para hacer que las áreas de relaves fueran ambientalmente seguras después del cierre. [15] [16] Las minas modernas, en particular aquellas en jurisdicciones con regulaciones mineras bien desarrolladas y aquellas operadas por compañías mineras responsables , a menudo incluyen la rehabilitación y el cierre adecuado de las áreas de relaves en sus costos y actividades. Por ejemplo, la Provincia de Quebec , Canadá, requiere no solo la presentación de un plan de cierre antes del inicio de la actividad minera, sino también el depósito de una garantía financiera equivalente al 100% de los costos estimados de rehabilitación. [17] Las presas de relaves son a menudo el pasivo ambiental más importante para un proyecto minero. [18]
Los relaves mineros pueden tener valor económico en el secuestro de carbono debido a la gran superficie expuesta de los minerales. [19]
La fracción de relaves en relación con el mineral puede variar de 90 a 98% para algunos minerales de cobre a 20 a 50% de los otros minerales (menos valiosos). [20] Los minerales y rocas rechazados liberados a través de la minería y el procesamiento tienen el potencial de dañar el medio ambiente al liberar metales tóxicos (el arsénico y el mercurio son dos de los principales culpables), por drenaje ácido (generalmente por acción microbiana sobre minerales de sulfuro) o al dañar la vida silvestre acuática que depende del agua clara (en comparación con las suspensiones). [21]
Los estanques de relaves también pueden ser una fuente de drenaje ácido , lo que lleva a la necesidad de monitoreo y tratamiento permanente del agua que pasa a través de la presa de relaves; el costo de la limpieza de la mina ha sido típicamente 10 veces el estimado por la industria minera cuando se trataba de drenaje ácido. [22]
El mayor peligro de los estanques de relaves es la rotura de las presas, siendo la rotura más publicitada en los EE. UU. la rotura de una presa de lodos de carbón en la inundación de Buffalo Creek en Virginia Occidental de 1972, que mató a 125 personas; otros derrumbes incluyen el desastre ambiental de Ok Tedi en Nueva Guinea , que destruyó la pesca del río Ok Tedi . En promedio, en todo el mundo, hay un gran accidente que involucra una presa de relaves cada año. [22]
Otros desastres causados por fallas en las presas de relaves son el derrame de cianuro de Baia Mare en el año 2000 y el accidente en la planta de alúmina de Ajka . En 2015, la falla de la presa de relaves de mineral de hierro en el complejo minero de Germano en Minas Gerais, Brasil, fue el mayor desastre ambiental del país. La ruptura de la presa causó la muerte de 19 personas debido a la inundación de lodos de relaves río abajo y afectó a unos 400 km del sistema del río Doce con efluentes tóxicos y desembocaron en el océano Atlántico.
Los depósitos de relaves suelen estar ubicados en zonas rurales o cerca de comunidades marginadas, como las comunidades indígenas . La Norma Industrial Global sobre Gestión de Relaves recomienda que "se requiere un proceso de debida diligencia en materia de derechos humanos para identificar y abordar a aquellos que corren mayor riesgo debido a una instalación de relaves o su posible falla". [23]
Históricamente, los relaves se eliminaban de la manera más conveniente, como en aguas corrientes o por desagües . Debido a las preocupaciones sobre estos sedimentos en el agua y otros problemas, comenzaron a utilizarse los estanques de relaves. El desafío de la sostenibilidad en la gestión de relaves y rocas estériles es eliminar el material de manera que sea inerte o, en su defecto, estable y contenido, para minimizar los insumos de agua y energía y la huella superficial de los desechos y avanzar hacia la búsqueda de usos alternativos. [21]
Delimitadas por embalses (un embalse es una presa), estas presas suelen utilizar "materiales locales", incluidos los propios relaves, y pueden considerarse presas de terraplén . [1] Tradicionalmente, la única opción para el almacenamiento de relaves era contener la pulpa de relaves con materiales de tierra disponibles localmente. [24] Esta pulpa es una corriente diluida de los sólidos de los relaves dentro del agua que se enviaba al área de almacenamiento de relaves. El diseñador moderno de relaves tiene una gama de productos de relaves para elegir según la cantidad de agua que se elimine de la pulpa antes de la descarga. Es cada vez más común que las instalaciones de almacenamiento de relaves requieran barreras especiales como las geomembranas bituminosas (BGM) para contener las pulpas de relaves líquidos y evitar el impacto en el medio ambiente circundante. [25] La eliminación de agua no sólo puede crear un mejor sistema de almacenamiento en algunos casos (por ejemplo, el apilamiento en seco, véase más adelante), sino que también puede ayudar a la recuperación de agua, que es un problema importante ya que muchas minas se encuentran en regiones áridas. Sin embargo, en una descripción de los depósitos de relaves de 1994, la EPA de los EE. UU. declaró que los métodos de deshidratación pueden ser prohibitivamente costosos, excepto en circunstancias especiales. [1] También se ha utilizado el almacenamiento subacuático de relaves. [1]
Los estanques de relaves son áreas de relaves mineros desechados donde el material de desecho transportado por el agua se bombea a un estanque para permitir la sedimentación (es decir, la separación) de sólidos del agua. El estanque generalmente está represado con una presa, y se conoce como embalses de relaves o presas de relaves. [1] Se estimó en 2000 que había alrededor de 3.500 embalses de relaves activos en el mundo. [18] El agua estancada es de cierto beneficio ya que minimiza el transporte de relaves finos por el viento a áreas pobladas donde los químicos tóxicos podrían ser potencialmente peligrosos para la salud humana; sin embargo, también es perjudicial para el medio ambiente. Los estanques de relaves a menudo son algo peligrosos porque atraen vida silvestre como aves acuáticas o caribúes, ya que parecen un estanque natural, pero pueden ser altamente tóxicos y dañinos para la salud de estos animales. Los estanques de relaves se utilizan para almacenar los desechos generados al separar minerales de las rocas, o el lodo producido por la minería de arenas bituminosas. A veces, los relaves se mezclan con otros materiales, como la bentonita, para formar una suspensión más espesa que retarda la liberación de agua impactada al medio ambiente.
Existen muchos subconjuntos diferentes de este método, incluidos los embalses de valle, los diques anulares, los embalses en el interior del pozo y los pozos especialmente excavados. [1] El más común es el estanque de valle, que aprovecha la depresión topográfica natural del suelo. [1] Se pueden construir grandes presas de tierra y luego rellenarlas con los relaves. Las minas a cielo abierto agotadas se pueden rellenar con relaves. En todos los casos, se debe tener debidamente en cuenta la contaminación del nivel freático subyacente, entre otras cuestiones. La deshidratación es una parte importante del almacenamiento en estanques, ya que a medida que se agregan los relaves a la instalación de almacenamiento, se elimina el agua, generalmente drenándola hacia estructuras de torres de decantación. De este modo, el agua extraída se puede reutilizar en el ciclo de procesamiento. Una vez que se llena y se completa una instalación de almacenamiento, se puede cubrir la superficie con tierra vegetal y comenzar la revegetación. Sin embargo, a menos que se utilice un método de tapado no permeable, el agua que se infiltra en la instalación de almacenamiento tendrá que bombearse continuamente hacia el futuro.
Los relaves en pasta son una modificación de los métodos convencionales de eliminación de relaves (almacenamiento en estanques). Los lodos de relaves convencionales están compuestos por un bajo porcentaje de sólidos y un contenido de agua relativamente alto (normalmente oscila entre el 20% y el 60% de sólidos para la mayoría de las explotaciones mineras de roca dura) y cuando se depositan en el estanque de relaves, los sólidos y los líquidos se separan. En los relaves en pasta, el porcentaje de sólidos en el lodo de relaves se aumenta mediante el uso de espesadores de pasta para producir un producto en el que se produce la mínima separación de agua y sólidos y el material se deposita en un área de almacenamiento en forma de pasta (con una consistencia similar a la de la pasta de dientes). Los relaves en pasta tienen la ventaja de que se recicla más agua en la planta de procesamiento y, por lo tanto, el proceso es más eficiente en el uso del agua que los relaves convencionales y existe un menor potencial de filtración. Sin embargo, el costo del espesamiento es generalmente más alto que el de los relaves convencionales y los costos de bombeo de la pasta también son normalmente más altos que los de los relaves convencionales, ya que normalmente se requieren bombas de desplazamiento positivo para transportar los relaves desde la planta de procesamiento hasta el área de almacenamiento. Los relaves en pasta se utilizan en varios lugares del mundo, incluida la presa Sunrise en Australia Occidental y la mina de oro Bulyanhulu en Tanzania. [26]
Los relaves no tienen que almacenarse en estanques ni enviarse como lodos a océanos, ríos o arroyos. Existe un uso creciente de la práctica de deshidratar los relaves utilizando filtros de vacío o presión para que luego puedan apilarse. [27] Esto ahorra agua, lo que potencialmente reduce los impactos sobre el medio ambiente en términos de una reducción en las tasas de filtración potenciales, el espacio utilizado, deja los relaves en una disposición densa y estable y elimina la responsabilidad a largo plazo que dejan los estanques una vez finalizada la minería. Sin embargo, aunque existen posibles ventajas para secar los relaves apilados, estos sistemas a menudo son prohibitivos en términos de costos debido al aumento del costo de capital para comprar e instalar los sistemas de filtrado y el aumento de los costos operativos (generalmente asociados con el consumo de electricidad y consumibles como la tela filtrante) de dichos sistemas. [ cita requerida ]
Si bien la eliminación en fosas abiertas agotadas es generalmente una operación sencilla, la eliminación en huecos subterráneos es más compleja. Un enfoque moderno común es mezclar una cierta cantidad de relaves con agregado de desechos y cemento, creando un producto que se puede utilizar para rellenar huecos y tajos subterráneos . Un término común para esto es HDPF (relleno de pasta de alta densidad). El HDPF es un método más caro de eliminación de relaves que el almacenamiento en estanques, sin embargo tiene muchos otros beneficios, no solo ambientales, sino que puede aumentar significativamente la estabilidad de las excavaciones subterráneas al proporcionar un medio para que la tensión del suelo se transmita a través de los huecos, en lugar de tener que pasar alrededor de ellos, lo que puede causar eventos sísmicos inducidos por la minería como el sufrido anteriormente en el desastre de la mina Beaconsfield .
Generalmente se denomina RTD (eliminación de relaves en ríos). En la mayoría de los entornos, no es una práctica particularmente segura desde el punto de vista ambiental, pero se ha utilizado de manera significativa en el pasado, lo que ha provocado daños ambientales espectaculares, como los causados por la Mount Lyell Mining and Railway Company en Tasmania al río King , o el envenenamiento de la mina Panguna en la isla Bougainville , que provocó disturbios civiles a gran escala en la isla y, finalmente, el cierre permanente de la mina. [22]
En 2005, sólo tres minas operadas por empresas internacionales seguían utilizando el método de eliminación fluvial: la mina Ok Tedi , la mina Grasberg [22] y la mina Porgera , todas en Nueva Guinea. Este método se utiliza en estos casos debido a la actividad sísmica y los peligros de deslizamientos de tierra que hacen que otros métodos de eliminación sean poco prácticos y peligrosos.
Comúnmente conocido como STD (eliminación de relaves submarinos) o DSTD (eliminación de relaves en aguas profundas). Los relaves se pueden transportar mediante una tubería y luego descargar para que finalmente desciendan a las profundidades. En la práctica, no es un método ideal, ya que la proximidad a profundidades fuera de la plataforma es poco común. Cuando se utiliza STD, la profundidad de descarga suele ser comparativamente baja y pueden producirse daños importantes en el fondo marino debido a que el producto de relaves lo cubre. [28] Si no se controla la densidad y la temperatura del producto de relaves, puede viajar largas distancias o incluso flotar hasta la superficie.
Este método se utiliza en la mina de oro de la isla de Lihir ; los ambientalistas [¿ quiénes? ] consideran que su eliminación de residuos es altamente perjudicial, mientras que los propietarios afirman que no es perjudicial. [22]
La fitoestabilización es una forma de fitorremediación que utiliza plantas hiperacumuladoras para la estabilización y contención a largo plazo de los relaves, secuestrando los contaminantes en el suelo cerca de las raíces. La presencia de la planta puede reducir la erosión eólica, o las raíces de la planta pueden prevenir la erosión hídrica, inmovilizar metales por adsorción o acumulación y proporcionar una zona alrededor de las raíces donde los metales pueden precipitarse y estabilizarse. Los contaminantes se vuelven menos biodisponibles y se reduce la exposición del ganado, la vida silvestre y los seres humanos. Este enfoque puede ser especialmente útil en entornos secos, que están sujetos a la dispersión del viento y el agua. [29]
Se siguen realizando importantes esfuerzos e investigaciones para descubrir y perfeccionar mejores métodos de eliminación de relaves. La investigación en la mina de oro de Porgera se centra en el desarrollo de un método para combinar los productos de relaves con desechos de roca gruesa y lodos de desechos para crear un producto que se pueda almacenar en la superficie en vertederos o pilas de desechos de aspecto genérico. Esto permitiría poner fin al uso actual de la eliminación fluvial. Aún queda mucho trabajo por hacer. Sin embargo, varios diseñadores, entre ellos AMEC, han implementado con éxito la eliminación conjunta , por ejemplo, en la mina Elkview en Columbia Británica.
Durante la extracción del petróleo de las arenas petrolíferas, también se crean relaves que consisten en agua, limo, arcillas y otros solventes. Este sólido se convertirá en relaves finos maduros por gravedad. Foght et al (1985) estimaron que hay 10 3 heterótrofos anaeróbicos y 10 4 procariotas reductores de sulfato por mililitro en el estanque de relaves, basándose en métodos convencionales de número más probable. Foght montó un experimento con dos estanques de relaves y un análisis de las arqueas , bacterias y el gas liberado de los estanques de relaves mostró que se trataba de metanógenos . A medida que aumentaba la profundidad, los moles de CH 4 liberados en realidad disminuían. [30]
Siddique (2006, 2007) afirma que los metanógenos en el estanque de relaves viven y se reproducen por degradación anaeróbica, lo que reducirá el peso molecular de la nafta a hidrocarburos alifáticos , aromáticos, dióxido de carbono y metano. Esas arqueas y bacterias pueden degradar la nafta, que se consideró un desecho durante el procedimiento de refinación del petróleo. Ambos productos degradados son útiles. Los hidrocarburos alifáticos, aromáticos y el metano se pueden utilizar como combustible en la vida diaria de los humanos. En otras palabras, estos metanógenos mejoran el coeficiente de utilización. Además, estos metanógenos cambian la estructura del estanque de relaves y ayudan a que el eflujo de agua intersticial se reutilice para procesar arenas petrolíferas. Debido a que las arqueas y las bacterias metabolizan y liberan burbujas dentro de los relaves, el agua intersticial puede atravesar el suelo fácilmente. Dado que aceleran la densificación de los relaves finos maduros, los estanques de relaves permiten sedimentar los sólidos más rápidamente, de modo que los relaves se pueden recuperar antes. Además, el agua liberada de los relaves se puede utilizar en el proceso de refinación de petróleo. La reducción de la demanda de agua también puede proteger el medio ambiente de la sequía. [31]
A medida que mejoran las técnicas de minería y el precio de los minerales, no es inusual que los relaves se reprocesen utilizando nuevos métodos, o más a fondo con métodos antiguos, para recuperar minerales adicionales. KalTails Mining reprocesó de manera rentable los extensos vertederos de relaves de Kalgoorlie /Boulder en Australia Occidental en la década de 1990. [32]
Una máquina llamada Planta de Procesamiento PET4K se ha utilizado en diversos países durante los últimos 20 años para remediar relaves contaminados. [33]
En 2020, las Naciones Unidas y las comunidades empresariales elaboraron un estándar internacional para la gestión de relaves tras el fallo crítico del desastre de la presa de Brumadinho . [3] El programa fue convocado por el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), el Consejo Internacional de Minería y Metales (ICMM) y los Principios de Inversión Responsable . [3]
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