Propuesta de rehabilitación ambiental del pasivo
minero de Japo - Santa Fe
* Dr. Ing. Gerardo Zamora Echenique, **M. Sc. Ing. Jaime Lafuente Cruz
*** M. Sc. Ing. Octavio Hinojosa Carrasco
* Docente de la Carrera de Ingeniería Metalúrgica, Universidad Técnica de Oruro
gerardozamoraechenique@yahoo.es ]]>
** Docente de la Carrera de Ingeniería de Minas, Universidad Técnica de Oruro
Jailaf_cruz@hotmail.com
*** Director del Laboratorio de Concentración de Minerales, Universidad Técnica de Oruro
octahinojosacarrasco@hotmail.com
Artículo recibido en: 26-03-2020 Artículo aceptado: 27-04-2020 Manejado por: Elvis Trujillo.
Resumen
Las operaciones mineras desarrolladas en muchas regiones del país, sin considerar la componente ambiental en sus procesos, han generado grandes volúmenes de desmontes y colas; los que, a partir de los fenómenos naturales de oxidación, generan Drenajes Ácidos de Roca (DAR) que, por su alto contenido de metales pesados tóxicos disueltos y su elevada acidez, se constituyen en potenciales fuentes de contaminación de acuíferos superficiales y subterráneos.
En el Distrito Minero de Japo - Santa Fe, las colas Japo están ubicadas en la Quebrada de Sora Sora. De acuerdo a su elevado Potencial Neto de Neutralización (NNP) de - 470.4 kg CaCO3/tonelada y su contribución de carga de metales pesados, estas colas han sido catalogadas como el Pasivo Ambiental Minero (PAM) de "mayor potencial generador de drenaje ácido" en Bolivia; y por tanto, "priorizada" para su inmediata remediación. Los drenajes ácidos de roca que genera el PAM de Japo, presentan un pH de 2.5 y elevadas concentraciones de metales pesados disueltos, que drenan directamente a la cuenca vertiente del sector, y que llegan finalmente hasta el Lago Poopó.
]]> El objetivo del presente trabajo de investigación se circunscribe a estudiar técnica, económica y ambientalmente la remediación del pasivo ambiental minero de Japo - Santa Fe, mediante el uso de coberturas secas.A partir de predicciones del comportamiento geotécnico de suelos del sector mediante el uso de MK - Model, se ha podido demostrar que los suelos del sector pueden ser utilizados como coberturas secas SDR y que permiten almacenar el agua de lluvia y luego por evapotranspiración, evitar que lleguen al PAM; por tanto, se constituyen en una alternativa técnicamente viable y ambientalmente efectiva.
El costo de implementación de las coberturas SDR para la remediación del pasivo ambiental de Frankeita es de 255,864.9425 $us; es decir, tiene un costo de 21.32 $us/m2 o 2.506 $us/tonelada.
Palabras clave. Pasivos ambientales, drenaje ácido de roca, restauración, coberturas secas.
Abstract
The mining operations carried out in many regions of the country, without considering the environmental component in its processes, have generated large volumes of waste and tailings; those that, from natural oxidation phenomena, generate Acid Rock Drains (DAR) that, due to their high content of dissolved toxic heavy metals and their high acidity, constitute potential sources of contamination of surface and underground aquifers.
In the Japo - Santa Fe Mining District, the Japo tailings are located in the basin of Sora Sora. According to their high Net Neutralization Potential (NNP) of - 470.4 kg CaCO3 / ton and their contribution of heavy metal load, these tails have been classified as the Mining Environmental Liability of "greater potential generating acid drainage" in Bolivia; and therefore, "prioritized" for immediate remediation. The acidic rock drains generated by the Japo PAM have a pH of 2.5 and high concentrations of dissolved heavy metals, which drain directly into the watershed of the sector, and finally reach Lake Poopó.
The objective of this research work is limited to technical, economic and environmental study of the remediation of the Japo - Santa Fe mining environmental liability, through the use of dry covers.
From predictions of the geotechnical behavior of soils in the sector through the use of MK - Mo-del, it has been possible to demonstrate that the soils of the sector can be used as dry SDR covers and that they can store rainwater and then by evapotranspiration, prevent them from reaching the PAM; therefore, they constitute a technically viable and environmentally effective alternative.
The cost of implementing SDR coverage for the remediation of Frankeita's environmental liability is $ 493,347.7; that is, it has a cost of 19.73 $us/m2 or 0.235 $us/ton.
]]> Keywords. Environmental liabilities, acid rock drainage, restoration, dry cover.
1. Introducción
Siglos de explotación pasada y actividades mineras actuales en la zona de Santa Fe, han dejado grandes cantidades de residuos mineros a lo largo de los diferentes periodos de la historia minera de la región, los cuales generan impactos ambientales, debido a la presencia de sulfuros metálicos, que al quedar expuestos al oxígeno de la atmósfera, son oxidados y generan drenaje ácido de roca, que se caracteriza por una alta presencia de acidez; metales tóxicos pesados disueltos; y finalmente, contenidos de sulfato; que con el transcurrir del tiempo, provocan enormes cargas de contaminación a los suelos y cuerpos acuosos receptores superficiales y subterráneos.
El pasivo ambiental minero (PAM) de Japo, presenta colas de gravimetría mezcladas con colas de flotación, arenosas a finas, con potenciales netos de neutralización elevados, las mismas se encuentran expuestas a procesos de oxidación; por lo tanto, no son estables químicamente. De acuerdo a su alto NNP y su contribución de carga de metales pesados, las colas Japo han sido catalogadas como "potenciales generadores de drenajes ácidos"; y por tanto, "priorizadas" para su inmediata remediación. La Fotografía 1, muestra el lugar donde han sido depositadas las colas de Japo.
Los drenajes ácidos de roca que se generan en el sector son perceptibles y por su ubicación, hace que sus escorrentías cargadas de metales pesados y a un pH de 2.11, drenen directamente a la cuenca vertiente del sector (Santa Fe), y lleguen a la Cuenca San Juan Sora Sora y finalmente hasta el Lago Poopó.
Existen varias alternativas de remediación de sitios mineros abandonados, tales como la aplicación de coberturas en multicapas o cubiertas sintéticas (geomembranas).
El objetivo que persiguen las coberturas secas, es el de hacer que los pasivos sean estables químicamente. Los mecanismos pasan por evitar la difusión de oxígeno; retener la humedad y/o evitar su percolación y contacto con el residuo minero.
En el presente trabajo de investigación, se ha estudiado las posibilidades del uso de coberturas secas (suelos del sector) para la rehabilitación del PAM de Japo ubicado en Santa Fe, partiendo de la evaluación de impacto ambiental que causan estos residuos mineros al medio ambiente a partir de sus propiedades físicas, químicas, mineralógicas y geoquímicas; para luego, estudiar las propiedades geotécnicas de los suelos del sector a objeto de predecir su comportamiento para su uso como coberturas secas; y finalmente, realizar un estudio técnico, económico y ambiental de implementación de una propuesta de rehabilitación.
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2. Objetivo
El objetivo del presente trabajo de investigación se circunscribe a estudiar técnica, económica y ambientalmente la rehabilitación del pasivo ambiental minero de Japo, mediante el uso de coberturas secas.
3. Caracterización de la Microcuenca
El yacimiento de Japo forma parte de la faja estannífera boliviana. Esta faja se extiende a lo largo de aproximadamente 900 km en dirección noroeste en la Cordillera Oriental de Bolivia donde la corteza continental alcanza su mayor potencia. Las mineralizaciones estanníferas están espacialmente relacionadas con cuerpos intrusivos, constituidos por granitos peraluminosos e intrusiones de pórfido de diferentes edades, aunque los más comunes son del final del Terciario. Geológicamente existen pocos trabajos publicados sobre estos yacimientos, salvo algunos estudios regionales. Dichos estudios se han centrado en definir la evolución metalogenética regional, sin definir un modelo particular para este yacimiento. Por su parte, establecieron las características geológicas y mineralógicas generales del distrito de Oruro. Así mismo, existen algunos informes técnicos inéditos realizados por empresas de exploración para las cooperativas de Santa Fe y Japo. En ellos se menciona que la mineralización se encuentra emplazada en las unidades sedimentarias de una estructura anticlinal, denominada Anticlinal Japo-Santa Fe.
La pila de colas de Japo está ubicada en la Quebra da del Valle de Japo, casi alcanzando las riberas de la quebrada. Algo de material de las colas ha sido transportado valle abajo mediante escorrentía y depositado en el lecho de la quebrada.
Las colas de flotación, arenosas a finas, fueron generadas en la planta gravimétrica y de flotación Japo, y se caracterizan por presentar potenciales netos de neutralización elevados, las mismas se encuentran expuestas a procesos de oxidación.
Según la clasificación de climas del Servicio Nacional de Hidrología y Meteorología, basada en un criterio de evapotranspiración, esta zona corresponde a un clima seco de tundra (ET) y polar de alta montaña (EB). Según la clasificación de W. Koppen mencionada por el Altiplano en general tendría un clima clasificado como BSwk o de estepa con invierno seco frío.
]]> En base a los datos climáticos obtenidos de las estaciones meteorológicas, se observa que la temperatura promedio en la zona se calcula en 14 °C.El área de estudio se encuentra a una elevación aproximada de 3.700 m.s.n.m, las temperaturas extremas que se reportaron varían entre + 24 ° C durante el día en verano y - 17 ° C durante la noche en invierno. Por la zona no existe una estación total, por lo que para este trabajo de investigación se tomaron datos meteorológicos de la la ciudad de Oruro.
La precipitación media anual obtenida es de 460,73 mm, la precipitación media mensual recopilada desde 1975 - 1999 corresponde a la Estación Meteorológica de Oruro (AASANA), aunque con el cambio climático la media de la precipitación anual está disminuyendo.
Según el Servicio Nacional de Meteorología el evento extremo de máxima precipitación en 24 horas se presentó el 28 de marzo de 1999 en un período de 38 años con un registro de precipitación de 66,7 mm de columna de agua.
Estudios anteriormente realizados del PAM de Japo, reportan esta situación y se ilustran en la gráfica siguiente:
Es decir, que el pH en pasta de las colas JAPO están entre 1,6 a 2,2 (altamente generadoras de DAR). En base al análisis de la imagen satelital, se ha determinado un área cerca de 8,3 km2 para el vaso receptor de la microcuenca de la quebrada Japo. En la tabla 1, se reportan los datos morfométricos complementarios de la subcuenca.
En una primera aproximación se puede estimar que el 10% del área de la microcuenca tiene en superficie residuos sulfurosos dispersos generadores de DAR y si la precipitación anual promedio es de 460 mm, habría una escorrentía anual de agua ácida de 382'720.000 litros suponiendo que la evaporación, infiltración profunda y retención de humedad son despreciables dado el corto tramo de escorrentía y la poca profundidad de los suelos por estar al pie de los cerros rocosos. El blanco de la contaminación por la extrema carga de metales pesados disueltos, es la quebrada de Japo, que finalmente lleva sus aguas hasta el Lago Poopo.
3. Caracterización del PAM Japo y de suelos para su uso como cobertura seca
]]> Con fines de análisis ambiental, se tomó una muestra de todo el perfil de las colas de Japo, como se muestra en la fotografía siguiente:Los resultados del análisis granulométrico son presentados en la figura 2. De dicha gráfica, es posible determinar que el d50 de la muestra es de 220 micrones; por tanto, se trata de un material fino de elevada superficie específica, lo que hace que las reacciones químicas de oxidación de sulfuros y formación de DAR queden favorecidas. La densidad del material es de 2.689 g/cm3y una superficie específica de 1.645 m2/g
La tabla siguiente, muestra los resultados obtenidos del análisis químico de una muestra de PAM:
Los resultados del análisis mineralógico cualitativo de la muestra objeto de estudio, por Difracción de Rayos X, son presentados en la Tabla 4.
A partir de la muestra obtenida, y con los resultados del análisis de % Azufre Total y % Sulfato presentes en la muestra, se llevó a cabo la determinación del % de Sulfuros y el cálculo del valor del Potencial Ácido de la Muestra (AP). Asimismo, en el laboratorio de análisis químico se determinó el valor del Potencial neutro (NP). A partir de estos dos valores, se determinó el valor del Potencial Neto de Neutralización (NNP). Los resultados se presentan en la tabla siguiente:
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De los resultados obtenidos, se puede deducir qué:
Primer Criterio: Como el residuo presenta un valor NNP menor a - 20 kg CaCO3/t, entonces es generador de DAR.
Segundo Criterio: Si la relación de NP/AP es menor a la unidad, entonces el residuo puede ser considerado como generador de DAR.
Desde el punto de vista de la “exigencia para fines de restauración”, la normativa canadiense obliga a una remediación ambiental si la relación de NP/AP es < 3; es decir, que para el caso del residuo minero de Japo estudiado, la relación de NP/AP es de 0,023; muy inferior a 3, por lo que, son requeridas medidas urgentes de remediación del sitio minero. De los resultados presentados en las tablas anteriores, es posible establecer que el DAR generado por el PAM de Japo presenta metales pesados disueltos que alteran la calidad de las aguas superficiales de la microcuenca de la zona; y finalmente, impactan la calidad de las aguas del lago Poopó.
La caracterización geotécnica de las 3 muestras de los pocos bancos de suelos que se encuentran en la microcuemca de Japo, fueron sometidas a pruebas de Succión-Retención de agua en base a la norma ASTM D6836-02, 2003.
Los resultados de la caracterización de la muestra de suelo que mejores aptitudes para su uso como cobertura presentó, se presentan a continuación:
De la figura anterior se deduce que, d60 y el d10 son de 100 y 4 micrones, respectivamente. Por otra parte, los resultados de los parámetros geotécnicos de la muestra de suelo estudiada, son presentados en la tabla 6.
]]> Con los datos arriba señalados, se construyó la curva de succión-retención de agua, aplicando el modelo MK, que se presenta a continuación:
Con los valores arriba presentados, se concluye que el suelo "es apto para su uso en coberturas"; puesto que, el valor del punto de entrada de aire AEV ocurre a una succión de apenas 1.000 cm de columna de agua.
4. Evaluación técnica, económica y ambiental de la propuesta de remediación ambiental del PAM de Japo con el uso de la cobertura seca
El levantamiento topográfico completo de las colas de Japo es presentado en la figura siguiente:
Los resultados del levantamiento topográfico, son presentados en la tabla siguiente:
Para la rehabilitación, se propone una disposición de coberturas secas que puede estar representada mediante el perfil esquemático presentado en la figura siguiente:
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• La capa de grava (A) permite generar un material de conductividad hidráulica diferente al suelo de cobertura de suelo, para que se forme la barrera capilar.
• La capa de cobertura de suelo (B) permite almacenar el agua de lluvia.
• La capa de suelo vegetal (B) permite evitar la erosión de la cobertura de suelo.
• La cobertura vegetal cumple la función de evitar la erosión de la capa de suelo vegetal.
La estabilización física del talud propuesta es presentada en la figura 7:
Los datos técnicos para la construcción del perfil de las coberturas sobre el PAM de Japo se resumen en la tabla 8.
Los volúmenes de suelos y materiales de la cobertura calculados para su uso como alternativa de remediación del PAM de Japo se presentan en la tabla siguiente:
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El resumen general de los costos de implementación de la cobertura, incluyendo costos totales de remoción y perfilado de taludes, desencape de cobertura vegetal y remoción del suelo apto para cobertura, transporte de los componentes de la cobertura y su compactación, además de la construcción de gaviones de detención y canales de derivación, es presentando en la tabla siguiente:
7. Conclusiones
Las conclusiones del trabajo de investigación desarrollado son las siguientes:
- El Pasivo Ambiental Minero de Japo presenta un área de 25.000 m2 y un volumen de 779.202 m3; que representa un tonelaje total de 2'095.274 toneladas.
- El PAM de Japo presenta un potencial fuerte de generación de DAR. La fuerte acidez del DAR (cercano a 2,32) exige una priorización de medidas para su remediación.
- En dos años más, se predice que la generación de DAR habrá disuelto toda la materia básica presente todavía en el residuo minero.
- Los datos técnicos requeridos para la cobertura seca que se propone, consta, considerando desde por encima del residuo, 20 cm de grava; luego 50 cm de suelo fino del sector que se tomó la muestra JA - 4; 10 cm de Top Soil; y finalmente, cobetura vegetal autóctona.
]]> - El volumen en m3 de grava, cobertura de suelo y top soil requeridos para la remediación del PAM de Japo son de: 5.000; 12.500 y 2.500, respectivamente.- El presupuesto general de mitigación ambiental utilizando la cobertura seca podría resumirse en: Costo total estimado: 493.347,70 $us y el costo unitario es de 19,73 $us/m2 ó 0,235 $us/tn.
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