En minería , los relaves o colas son los materiales que sobran tras el proceso de separación de la fracción valiosa de la fracción no económica ( ganga ) de un mineral . Los relaves se diferencian 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 del mineral se puede realizar de dos maneras: minería de placer , que utiliza agua y gravedad para concentrar los minerales valiosos, o minería de roca dura , que pulveriza la roca que contiene el mineral y luego se basa en reacciones químicas para concentrar lo buscado. material. En este último caso, la extracción de minerales del mineral requiere trituración , es decir, triturar el mineral en partículas finas para facilitar la extracción del elemento objetivo. Debido a esta trituración, los relaves consisten en una suspensión de partículas finas, que varían 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 lodo, 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 . Estos productos químicos son especialmente peligrosos cuando se almacenan en agua en estanques detrás de presas de relaves . Estos estanques también son vulnerables a roturas o fugas importantes 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 aguas subterráneas , las emisiones tóxicas y la muerte de aves, los depósitos de relaves y los estanques han recibido un mayor escrutinio, especialmente en los países del primer mundo, pero la primera norma a nivel de las Naciones Unidas para la gestión de relaves no se estableció hasta 2020. [3 ]
Existe una amplia gama de métodos para recuperar valor económico, contener o mitigar de otro modo los impactos de los relaves. Sin embargo, a nivel internacional, estas prácticas son malas y en ocasiones violan los derechos humanos.
Los relaves también se denominan botaderos de minas , botaderos de culmos , lodos , desechos , residuos de lixiviación , slickens o terra-cone (terrikon) .
El efluente de los relaves de la minería de minerales sulfurosos ha sido calificado 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 se rechazan de los codiciados minerales de cobre y níquel, así como del carbón. Aunque son inofensivos bajo tierra, estos minerales reaccionan con el aire en presencia de microorganismos que, si no se manejan adecuadamente, provocan drenaje ácido de mina .
Se estima que anualmente se producen entre 100 y 280 millones de toneladas de residuos de fosfoyeso como consecuencia del procesamiento de 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 que se pueda alcanzar en el mercado del uranio , la extracción del contenido de uranio puede ser económicamente lucrativa incluso sin 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 . Prever los aproximadamente 77 millones de toneladas 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 por varios compuestos de óxido , incluidos los óxidos de hierro que le dan su color rojo. Más del 95% de la alúmina producida a nivel mundial se produce mediante el proceso Bayer; Por cada tonelada de alúmina producida, también se producen aproximadamente entre 1 y 1,5 toneladas de lodo rojo. La producción anual de alúmina en 2020 superó los 133 millones de toneladas, lo que resultó en la generación de más de 175 millones de toneladas de lodo rojo. [7]
Debido a este alto nivel de producción y a la alta alcalinidad del material , si no se almacena adecuadamente, puede representar un peligro ambiental importante. Como resultado, se están invirtiendo esfuerzos significativos en encontrar mejores métodos para el almacenamiento seguro y abordarlo, como la valorización de residuos , con el fin de crear materiales útiles para el cemento y el hormigón . [8]
Con menos frecuencia, este material también se conoce como relaves de bauxita, lodos rojos o residuos de refinería de alúmina.
Los desechos de carbón (también descritos como desechos de carbón, rocas, escorias, relaves de carbón, material de desecho, banco de rocas, culmos, huesos o pegotes [9] ) son el material que queda de la minería del carbón, generalmente como pilas de relaves o vertederos de desechos . Por cada tonelada de hulla generada 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 son distintos de los subproductos de la quema de carbón, como las cenizas volantes .
Las pilas de desechos de carbón pueden tener importantes consecuencias ambientales negativas, incluida la lixiviación de residuos de hierro, manganeso y aluminio en cursos de agua y drenaje ácido de minas . [11] La escorrentía puede crear contaminación tanto de las aguas superficiales como subterráneas. [12] Las pilas también crean un riesgo de incendio, con el potencial de encenderse espontáneamente. Debido a que la mayoría de los desechos de carbón contienen componentes tóxicos, no se recuperan fácilmente replantándolos con plantas como pastos de playa. [13] [14]
Gob (abreviatura de "basura bituminosa " [15] ) tiene aproximadamente cuatro veces más mercurio tóxico y más azufre que el carbón típico. [9] Culmo es el término para designar el carbón de antracita residual . [9]Las primeras operaciones mineras a menudo no tomaban medidas adecuadas para hacer que las áreas de relaves fueran ambientalmente seguras después del cierre. [16] [17] Las minas modernas, particularmente 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 áreas de relaves en sus costos y actividades. Por ejemplo, la Provincia de Quebec , Canadá, exige no sólo 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. [18] Las presas de relaves son a menudo el pasivo ambiental más importante para un proyecto minero. [19]
Los relaves mineros pueden tener valor económico en el secuestro de carbono debido a la gran superficie expuesta de los minerales. [20]
La fracción de relaves a mineral puede oscilar entre 90 y 98% para algunos minerales de cobre y entre 20 y 50% para otros minerales (menos valiosos). [21] 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 el drenaje ácido (generalmente por la acción microbiana sobre los minerales de sulfuro) o al dañar fauna acuática que depende del agua clara (frente a suspensiones). [22]
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; Por lo general, el costo de la limpieza de la mina ha sido 10 veces mayor que el de las estimaciones de la industria minera cuando se trataba de drenaje ácido. [23]
El mayor peligro de los estanques de relaves es la falla de la presa, siendo la falla más publicitada en los EE. UU. la falla de una presa de lodo de carbón en la inundación de Buffalo Creek en Virginia Occidental en 1972, que mató a 125 personas; Otros colapsos incluyen el desastre ambiental de Ok Tedi en Nueva Guinea , que destruyó la pesquería del río Ok Tedi . En promedio, en todo el mundo se produce cada año un gran accidente relacionado con una presa de relaves. [23]
Otros desastres causados por fallas en las presas de relaves son el derrame de cianuro de Baia Mare en 2000 y el accidente de la planta de alúmina de Ajka . En 2015, la falla de la presa de relaves de mineral de hierro en el complejo minero Germano en Minas Gerais, Brasil, fue el mayor desastre ambiental del país. La rotura de la presa provocó la muerte de 19 personas debido a la inundación de relaves aguas abajo y afectó con efluentes tóxicos unos 400 kilómetros del sistema del río Doce hasta el océano Atlántico.
Los depósitos de relaves tienden a ubicarse en áreas rurales o cerca de comunidades marginadas, como las comunidades indígenas . El Estándar Global de la Industria 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". [24]
Históricamente, los relaves se eliminaban de la manera más conveniente, como en aguas corrientes aguas abajo o en desagües . Debido a las preocupaciones sobre estos sedimentos en el agua y otros problemas, se empezaron a utilizar estanques de relaves. El desafío de la sostenibilidad en la gestión de relaves y roca estéril es eliminar el material, de manera que sea inerte o, en caso contrario, estable y contenido, para minimizar los aportes de agua y energía y la huella superficial de los desechos y avanzar hacia la búsqueda de usos alternativos. . [22]
Limitadas 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 lechada de relaves con materiales de tierra disponibles localmente. [25] Esta lechada es una corriente diluida de los sólidos de los relaves dentro del agua que se envió al área de almacenamiento de relaves. El diseñador de relaves moderno tiene una gama de productos de relaves para elegir dependiendo de la cantidad de agua que se extrae de la lechada antes de la descarga. Es cada vez más común que las instalaciones de almacenamiento de relaves requieran barreras especiales como geomembranas bituminosas (BGM) para contener lodos de relaves líquidos y evitar el impacto en el medio ambiente circundante. [26] La eliminación de agua no sólo puede crear un mejor sistema de almacenamiento en algunos casos (por ejemplo, apilamiento en seco, ver más abajo) sino que también puede ayudar en la recuperación de agua, lo cual es un problema importante ya que muchas minas se encuentran en regiones áridas. Sin embargo, en una descripción de los embalses de relaves de 1994, la EPA de EE.UU. afirmó 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 rechazados donde el material de desecho transportado por el agua se bombea a un estanque para permitir la sedimentación (es decir, la separación) de los sólidos del agua. El estanque generalmente está confinado con una presa y se le conoce como embalses de relaves o presas de relaves. [1] En 2000 se estimó que había alrededor de 3.500 embalses de relaves activos en el mundo. [19] El agua estancada tiene algunos beneficios 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 suelen ser algo peligrosos porque atraen vida silvestre como aves acuáticas o caribúes, ya que parecen ser 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 residuos procedentes de la separación de minerales de las rocas o los lodos producidos durante la extracción 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 del agua impactada al medio ambiente.
Hay muchos subconjuntos diferentes de este método, incluidos embalses en valles, diques anulares, embalses en pozos y pozos excavados especialmente. [1] El más común es el estanque del valle, que aprovecha la depresión topográfica natural del terreno. [1] Se pueden construir grandes presas de tierra y luego llenarlas con los relaves. Las minas a cielo abierto agotadas pueden rellenarse 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 drenando en estructuras de torres decantadoras. De este modo, el agua extraída puede reutilizarse en el ciclo de procesamiento. Una vez que se llena y completa una instalación de almacenamiento, la superficie se puede cubrir 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 ser bombeada continuamente hacia el futuro.
La pasta de relaves es una modificación a los métodos convencionales de disposición de relaves (almacenamiento en estanques). Los lodos de relaves convencionales se componen de un bajo porcentaje de sólidos y un contenido de agua relativamente alto (normalmente oscila entre 20% y 60% de sólidos para la mayoría de las minas 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 la lechada de relaves aumenta mediante el uso de espesantes en pasta para producir un producto en el que se produce una separación mínima de agua y sólidos y el material se deposita en un área de almacenamiento como una pasta (con una consistencia similar a pasta dental). 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 términos de agua que los relaves convencionales y hay 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 al 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. [27]
Los relaves no tienen que almacenarse en estanques ni enviarse como lodos a océanos, ríos o arroyos. Existe un uso cada vez mayor de la práctica de deshidratar los relaves utilizando filtros de vacío o de presión para que luego se puedan apilar los relaves. [28] Esto ahorra agua, lo que potencialmente reduce los impactos sobre el medio ambiente en términos de una reducción en las tasas potenciales de filtración, el espacio utilizado, deja los relaves en una disposición densa y estable y elimina la responsabilidad a largo plazo que dejan los estanques después de la extracción. finalizado. Sin embargo, aunque los relaves apilados en seco tienen ventajas potenciales, estos sistemas a menudo tienen un costo prohibitivo debido al mayor costo de capital para comprar e instalar los sistemas de filtrado y al aumento de los costos operativos (generalmente el consumo de electricidad asociado y los consumibles como la tela filtrante) de dichos sistemas. [ cita necesaria ]
Si bien la eliminación en pozos abiertos agotados 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 agregados de desecho y cemento, creando un producto que puede usarse para rellenar huecos y tajeos subterráneos . Un término común para esto es HDPF (relleno en pasta de alta densidad). HDPF es un método de eliminación de relaves más costoso 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 pasan a su alrededor, lo que puede causar eventos sísmicos inducidos por la minería como el sufrido anteriormente en el desastre de la mina Beaconsfield .
Generalmente llamado RTD – Eliminación de Relaves Fluviales. En la mayoría de los entornos, una práctica que no es especialmente respetuosa con el medio ambiente, se ha utilizado de forma significativa en el pasado, provocando daños medioambientales tan 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 , lo que provocó disturbios civiles a gran escala en la isla y el eventual cierre permanente de la mina. [23]
En 2005, sólo tres minas explotadas por empresas internacionales seguían utilizando desechos fluviales: la mina Ok Tedi , la mina Grasberg [23] y la mina Porgera , todas ellas en Nueva Guinea. Este método se utiliza en estos casos debido a la actividad sísmica y al peligro 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 pueden transportarse mediante una tubería y luego descargarse para descender finalmente a las profundidades. En la práctica, no es un método ideal, ya que la proximidad a profundidades no existentes es rara. Cuando se utiliza una ETS, la profundidad de la descarga es a menudo lo que se consideraría [ ¿ quién? ] poco profundo y se pueden producir daños importantes en el fondo marino debido a la cobertura del producto de relaves. [29] También es crítico [ ¿según quién? ] para controlar la densidad y temperatura del producto de relaves, para evitar que viaje largas distancias o incluso flote hacia la superficie.
Este método lo utiliza la mina de oro de la isla Lihir ; su eliminación de residuos ha sido vista por los ambientalistas [ ¿quién? ] como altamente dañino, mientras que los propietarios afirman que no es dañino. [23]
La fitoestabilización es una forma de fitorremediación que utiliza plantas hiperacumuladoras para la estabilización y contención a largo plazo de relaves, mediante el secuestro de 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 los metales por adsorción o acumulación y proporcionar una zona alrededor de las raíces donde los metales pueden precipitar 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 resultar especialmente útil en entornos secos, que están sujetos a la dispersión del viento y el agua. [30]
Se siguen realizando esfuerzos e investigaciones considerables para descubrir y perfeccionar mejores métodos de eliminación de relaves. La investigación en la mina de oro Porgera se centra en desarrollar un método para combinar productos de relaves con roca estéril gruesa y lodos residuales para crear un producto que pueda almacenarse en la superficie en vertederos o pilas de desechos de apariencia genérica. Esto permitiría que cese el uso actual de desechos fluviales. Aún queda mucho por hacer. Sin embargo, varios diseñadores, incluido AMEC, han implementado con éxito la eliminación conjunta en, por ejemplo, la mina Elkview en Columbia Británica.
Durante la extracción del petróleo de las arenas bituminosas también se generan relaves compuestos de agua, limo, arcillas y otros disolventes. Este sólido se convertirá en relaves finos maduros por gravedad. Foight 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 del número más probable. Foight organizó un experimento con dos estanques de relaves y un análisis de las arqueas , las bacterias y el gas liberado de los estanques de relaves demostró que se trataba de metanógenos . A medida que aumentaba la profundidad, los moles de CH 4 liberados en realidad disminuían. [31]
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 nafta a hidrocarburos alifáticos , aromáticos, dióxido de carbono y metano. Esas arqueas y bacterias pueden degradar la nafta, que se consideraba un residuo 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 seres 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 de los poros se reutilice para procesar arenas bituminosas. Debido a que las arqueas y las bacterias se metabolizan y liberan burbujas dentro de los relaves, el agua de los poros puede atravesar el suelo fácilmente. Dado que aceleran la densificación de los relaves finos maduros, los estanques de relaves pueden sedimentar los sólidos más rápidamente para que los relaves puedan recuperarse antes. Además, el agua liberada de los relaves se puede utilizar en el procedimiento de refinación de petróleo. Reducir la demanda de agua también puede proteger el medio ambiente de la sequía. [32]
A medida que mejoran las técnicas de extracción 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. En la década de 1990 KalTails Mining reprocesó de manera rentable extensos depósitos de relaves de Kalgoorlie / Boulder en Australia Occidental. [33]
Durante los últimos 20 años se ha utilizado en diversos países una máquina llamada Planta de Procesamiento PET4K para remediar relaves contaminados. [34]
La ONU y las comunidades empresariales desarrollaron un estándar internacional para la gestión de relaves en 2020 después del 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 para la Inversión Responsable . [3]
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