guia manejo drenaje acido

7/29/2019 Guia Manejo Drenaje Acido

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Gua Ambiental para el Manejo de Drenaje Acido de Minas

1.0 INTRODUCCION

1.1 Objetivos de esta Gua Tcnica

Se considera al drenaje cido de mina como la responsabilidad ambiental y econmica msgrande que actualmente afronta la industria minera. Su desarrollo puede tomar aos odcadas, y puede continuar durante siglos. En los ltimos 15 aos, la tecnologa hadesarrollado rpidamente, hasta el punto que se pueden tomar medidas razonables como partedel programa dediseo y desarrollo de mina para identificar y controlar el drenaje cido.

El presente documento constituye una gua prctica para la prediccin, control y evaluacin deldrenaje cido de roca en las minas ubicadas en el Per. Se prepar, en parte, para cumplir conlas normas dictadas por el Gobierno Peruano a travs del DS-016-93-EM y sus modificacionescontenidas en el DS-059-93-EM. Estas pautas ayudarn a las compaas mineras ymetalrgicas a definir la dimensin actual del drenaje cido de mina, a disear y evaluarmedidas de control alternativas para prevenirlo o limitarlo y, finalmente, a determinar elpotencial futuro de generacin de cido y drenaje contaminado.

Sin embargo, se debe reconocer que los programas de muestreo, programas de pruebas, ascomo la seleccin e implementacin de medidas de control sern especficos para cada asientominero; las diferentes formaciones geolgicas, tipos de mina e instalaciones de procesamiento,as como la etapa de desarrollo, la hidrologa y topografa, todos ellos determinarn laseleccin de las medidas de prediccin y control. El presente documento proporciona pautas yejemplos, basados en normas estndar aceptadas, que ayudarn en el diseo eimplementacin de programas de prediccin y control del Drenaje Acido de Mina. Serecomienda especialmente al profesional responsable de estos asuntos que revise los detallesdel programa con la DGAA. Al final del documento, se incluye una lista de referencias, parainformacin ms detallada sobre temas especficos. Muchas de estas referencias estn adisposicin de quien las requiera en la biblioteca de la DGAA.

1.2 Historia de la Minera en el Per

El Per tiene una larga historia de actividad minera (segn Shimada y Merkel, 1991). Duranteel Periodo Pre-Incaico (500 AC a 1300 DC) y el Imperio Incaico hubo relativamente pocaactividad minera. Muchos de los minerales conocidos fueron entregados a los escasosfundidores localizados en la parte norte del Per. Metales como el oro, plata, cobre yaleaciones decobre/arsnico fueron los principales productos utilizados fundamentalmente para armas,utensilios y efectos personales.

La actividad minera se increment a partir de la Conquista del Per, en el ao 1530, debido alinters de los conquistadores espaoles por el oro y la plata. La tecnologa minera europea fueintroducida en ese momento para incrementar la productividad de las minas peruanas. Esteperiodo dur de 1500 DC hasta finales de 1700.

El periodo de auge de la actividad minera peruana se inici a comienzos de este siglo, con elestablecimiento de compaas nacionales y extranjeras en los distritos mineros con riquezamineral importante (principalmente plata), como las reas de Cerro de Pasco y Huancavelica.La mecanizacin de la actividad minera fue una de las principales razones para el incrementode los porcentajes de produccin. El cobre, plomo, zinc y mercurio fueron los metales deinters primario para estas compaas.

1.3 Resumen de la Geologa y del Drenaje Acido de Mina en el Per


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Como en la mayora de pases, no todas las minas en el Per producen cido. Existen tresfactores principales que tienden a contribuir al potencial de generacin de cido y a la calidaddel drenaje de las minas en el Per:

la compleja configuracin geolgica, principalmente, en lo referente a vetas; la variada mineraloga con potencial para contribuir con diferentes contaminantes en el

tiempo, y en diferentes lugares; la asociacin del mineral con la pirita como el principal mineral sulfurado.

En el cuadro 1.1 se proporciona un resumen de la geologa y los principales yacimientos delPer (segn Ponzoni, 1980).

Una caracterstica exclusiva de los depsitos del norte y centro del Per es la abundancia de laenargita (Cu3AsS4), un mineral comparativamente raro. Tal como lo describe Hulburt y Klein(1971), la enargita "...se encuentra en vetas y depsitos de reemplazo formado a temperaturasmoderadas, asociada con la pirita, esfalerita, bornita, galena, tetrahedrita, covelita y calcocita".Otra caracterstica de la minera en el Per que contribuye a la reactividad de los relaves es lanecesidad de un grado de molienda muy fino para poder ejecutar una adecuada recuperacinpor flotacin de estos minerales complejos.

De aproximadamente 180 minas operativas en el Per (grande, mediana y pequea minera)unas 25 a 30 presentan un declarado problema de drenaje cido de mina. Es probable que

existan otras concesiones que actualmente generen cido pero no se posee informacin alrespecto. Con frecuencia, ste es el caso de las reas antiguas y abandonadas de las minasactivasy tambin de las reas mineras de larga explotacin como Cerro de Pasco, Huancavelica y

Ayacucho. Hay pocas minas operativas que tienen un potencial muy bajo de drenaje cidodebido tanto a la geologa favorable como al hecho de que estn localizadas en reas con unbalance neto de agua negativo. Para el remanente de las minas operativas, el potencial degeneracin cida en el futuro no ha sido determinado.

En el Per no existe tratamiento del drenaje cido, a excepcin de una compaa de medianaminera. Actualmente, el DAM drena a cursos de agua naturales o se elimina en lagos o ros.

1.4 Clima e Hidrologa

La mayor influencia en el clima e hidrologa del Per son los Andes que cruzan la costalongitudinalmente (segn Ministerio de Agricultura, Direccin General de Aguas y Suelos,1992). El pas se considera en trminos de cuatro regiones geogrficas:

Costa: con elevaciones de 0 a 50 m.s.n.m., un litoral de 2560 km y un ancho variable entre50 y 100 km, se localiza entre Chile y Ecuador. Esta zona representa 10,6% del rea delpas en 136 370 km2.

Sierra: comprende 30,5% (391 980 km2) con un relieve topogrfico abrupto variable de 120a 300 km y elevaciones entre 500 y 6780 m.s.n.m. (Nevado Huascarn).

Selva: comprendida entre las montaas orientales de los Andes hasta alcanzar la llanuraamaznica. Esta zona ocupa el 58,89% de la superficie total del pas. La Selva Altacomprende de los 400 a 1000 m.s.n.m.; mientras que la Selva Baja, de 400 a 80 m.s.n.m.

Ocano Pacfico: comprendido entre las 200 millas hasta la orilla marina. Tiene dosvertientes marinas: la Peruana o de Humboldt, de corriente fra y la del "Nio", de corrienteclida. El Per reclama 600 000 km2 de la Antrtica.

De acuerdo a la ubicacin geogrfica del pas, le correspondera un clima tropical conabundantes lluvias, pero debido a la influencia de la Cordillera de los Andes, a la CorrientePeruana o de Humboldt, a la continentalidad y al anticicln sub-tropical del Pacfico Sur, elclima de la costa es seco y rido. Peridicamente, la Corriente del Nio se desplaza de Norte aSurgenerando graves cambios climatolgicos incluyendo intensas lluvias en la costa y severassequas seguidas de inundaciones en la sierra.


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El clima de la regin de la Sierra es variable debido a su topografa y variacin con la altitud,desde templado hasta glido o polar, con precipitaciones de origen orogrfico resultantes de lacondensacin del vapor de agua de las masas de aire. Esto puede elevar la descarga en lasvertientes de las montaas y en los valles interandinos.

Las precipitaciones a lo largo de la regin costa son muy escasas, obtenindose promediosanuales inferiores a 50 mm en la faja central y sur. En el norte, el promedio llega a 400 mmanuales aproximadamente. Las lluvias en la sierra tampoco son abundantes llegando a unpromedio anual de 300 mm en la zona. A mayor altitud (5500 m.s.n.m.) las precipitaciones

ocurren en forma de nieve. La regin selva tiene precipitaciones muy abundantes conpromedios anuales entre 3000 y 4000 mm y valores mximos en marzo.

El Per tiene tres vertientes en las que desembocan las aguas superficiales que se generan enel pas.

Vertiente del Pacfico: posee el 21,8% del territorio peruano (279 689 km2) distribuido en53 cuencas hidrogrficas importantes.

Vertiente del Atlntico: posee el 74,6% (956 751 km2) de la superficie del pas y 44cuencas hidrografas importantes.

Vertiente del Titicaca: comprende el 3,8% (48 775 km2) del territorio nacional distribuido en

nueve cuencas pequeas.

En total, existen 106 cuencas en el Per, que representan un recurso hidralico importante. Losfactores que influyen en el clima originan diversas variaciones estacionales en el flujo de cadauna de las vertientes. Los periodos cortos de flujo abundante (tres a cinco meses) contrastancon los periodos de flujo ms prolongados de siete a nueve meses.

2.0 LOS PROCESOS

2.1 Descripcin del DAR

2.1.1 Definicin

El fenmeno de drenaje cido proveniente de minerales sulfurosos es un proceso que ocurreen forma natural. Hace cientos de aos, se descubrieron muchos yacimientos minerales por lapresencia de agua de drenaje rojiza, indicando la presencia de minerales sulfurosos.

Hace slo alrededor de 20 aos, se desarroll una preocupacin ambiental asociada con estaagua cida, rica en metales disueltos, as como el trmino "drenaje cido de mina" o DAM. Noobstante, el drenaje cido no ocurre nicamente en las minas, por lo que el trmino "drenajecido de roca" o DAR tambin es usado comnmente.

Cualquiera sea el trmino empleado -DAM o DAR- el drenaje cido se refiere a:

drenaje contaminado que resulta de la oxidacin de minerales sulfurados y lixiviacin demetales asociados, provenientes de las rocas sulfurosas cuando son expuestas al aire y alagua. El desarrollo del DAR es un proceso dependiente del tiempo y que involucra procesos deoxidacin tanto qumica como biolgica y fenmenos fsico-qumicos asociados, incluyendo laprecipitacin y el encapsulamiento.

Es importante reconocer que la definicin se refiere al drenaje contaminado. El desarrollo delclsico DAR de pH bajo y rico en metales es un proceso que depende del tiempo, como sediscutir en el acpite 2.3. A lo largo del tiempo, la qumica del agua de drenaje cambiar,volvindose gradualmente ms cida, con concentraciones crecientes de metales. Sinembargo, como se describe en la definicin, el DAR se refiere a todo drenaje contaminadocomo resultado de los procesos de oxidacin y lixiviacin de los minerales sulfurosos. Con eltiempo las caractersticas del drenaje pueden cambiar, de ligeramente alcalino hasta casineutro y finalmente cido.


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En este documento, el trmino drenaje contaminado (DAR) se refiere al agua de drenaje quecontiene niveles de cualquier elemento o contaminante que no se encuentre dentro de loslmites reglamentarios para el agua que drena de un asiento minero, o que podra ocasionar unimpacto ambiental adverso. Por lo general, este drenaje contaminado puede incluir, pero sinlimitarse a ello, lo siguiente:

. pH, acidez, alcalinidad;

. sulfatos;

. nutrientes;

. metales (disueltos o totales);

. nclidos radiactivos;

. slidos disueltos totales (SDT); y

. slidos suspendidos totales (SST).

Generalmente el DAR se caracteriza por:

. valores de pH por debajo de 7 hasta 1.5

. alcalinidad decreciente y acidez creciente

. concentraciones elevadas de sulfato

. concentraciones elevadas de metales (disueltos o totales)

. concentraciones elevadas de slidos disueltos totales

Con respecto al drenaje cido de mina en el Per, la preocupacin fundamental sera losniveles elevados de acidez, sulfato, niveles de hierro y cobre y la lixiviacin de otros metalesasociados con el mineral sulfuroso, segn se muestra en el cuadro 2.1. La preocupacinambiental con respecto al DAR, generalmente, es el impacto adverso de los contaminantes,particularmente los metales disueltos, en la vida acutica del medio receptor y en la calidad delagua para beber.

2.2 Generalidades

La generacin de cido es originada por la oxidacin de los minerales sulfurosos cuando sonexpuestos al aire y agua, lo cual da por resultado la produccin de acidez, sulfatos y ladisolucin de metales. No todos los minerales sulfurosos son igualmente reactivos, ni la acidez

se produce en igual proporcin. Adems, no todos los minerales sulfurosos o rocas concontenido de sulfuro son potencialmente generadores de cido. La tendencia de una muestraparticular de roca a generar acidez neta es una funcin del balance entre los minerales(sulfurosos) productores potenciales de cido y los minerales (alcalinos) consumidorespotenciales de cido.

El proceso mediante el cual se consume cido se denomina "neutralizacin". Tericamente,cada vez que la capacidad consumidora de cido de una roca ("potencial de neutralizacin")excede al potencial de generacin de cido, se consumir toda la acidez y el agua que drenede la roca se encontrar en el nivel de pH neutro o cerca de l. El drenaje cido generado porla oxidacin de sulfuros puede neutralizarse por contacto con minerales consumidores decido. Como resultado de ello, el agua que drena de la roca puede tener un pH neutro y unaacidez insignificante, a pesar de la continua oxidacin de sulfuros.Con el tiempo, a medida que se agotan los minerales consumidores de cido o se vuelveimposible acceder a ellos a causa de la formacin de cubiertas de minerales secundarios, sepuede generar agua cida.

2.3 Etapas en el desarrollo del DAR

El desarrollo del drenaje cido de roca es un proceso que depende del tiempo y comprendetanto reacciones qumicas de oxidacin como fenmenos fsicos relacionados. En algunosasientos mineros, el drenaje cido se detecta desde el principio de las operaciones. En otros,han pasado de 10 a 40 aos antes de que se observe drenaje cido. En estos sitios, lasreacciones de oxidacin de sulfuros y generacin de cido probablemente estuvieron


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ocurriendo durante el intervalo de retardacin previo a la medicin del agua de drenaje, pero enuna baja proporcin y con neutralizacin de los productos de oxidacin.

La figura 2.1 puede ser utilizada para ilustrar esquemticamente el desarrollo del DAR a travsdel tiempo. Generalmente, se le observa como un proceso en tres etapas, definidas por el pHdel agua en el microambiente de los minerales sulfurosos. Con frecuencia, las siguientesdescripciones son usadas para comprender la naturaleza del DAR dependiente del tiempo ypara la interpretacin del DAR en el campo.

Etapa I. La acidez es generada y rpidamente neutralizada en las etapas iniciales cuando laroca que contiene minerales sulfurados es expuesta al oxgeno y al agua. El drenaje de aguaes casi neutro. Mientras se produce la oxidacin de los minerales sulfurosos, existe suficientealcalinidad disponible como para neutralizar la acidez y precipitar el hierro en forma dehidrxido.

Como se muestra en las reacciones de la Etapa I, ste es fundamentalmente un perodo deoxidacin qumica. El oxgeno es el oxidante principal, al producir sulfato y acidez a partir de laoxidacin de los minerales sulfurosos. Los minerales carbonatados, como la calcita (CaCO3)presente en la roca, neutralizan esta acidez y mantienen condiciones que van de neutras aalcalinas (pH>7) en el agua que fluye sobre la roca. Tambin se podra detectar un contenidoelevado de calcio (y magnesio u otrosmetales, dependiendo de las rocas consumidoras de cido presentes), como resultado de la

disolucin de los minerales carbonatados, debido al consumo de cido.

La oxidacin de los minerales sulfurosos libera hierro ferroso en la solucin. La oxidacinqumica del hierro ferroso es rpida a un pH superior a 7 y el hierro frrico se precipita de lasolucin como un hidrxido. De esta manera, la velocidad de oxidacin qumica de la pirita esrelativamente baja, comparada con las etapas posteriores de oxidacin, ya que el fierro frricono contribuye como oxidante.

En esta etapa, el agua de drenaje se caracteriza generalmente por niveles elevados de sulfato,con pH cercano al neutro. El cido producido es neutralizado mientras que el hierro frrico seprecipita en forma de hidrxido. Si existen minerales de zinc asociados con los sulfuros dehierro, tambin podran detectarse concentraciones elevadas de zinc en la solucin.

Etapa II. A medida que contina la generacin de cido y se agotan o se vuelven inaccesibleslos minerales carbonatados, el pH del agua disminuye y el proceso se encamina hacia susegunda etapa. Cuando el pH del microambiente disminuye hasta 4.5, ocurren reacciones deoxidacin tanto qumicas como biolgicas.

A medida que la velocidad de generacin de cido se acelera en las etapas II y III, el pHdisminuye progresiva y gradualmente, como se muestra en la figura 2.1. Los niveles de pHrelativamente constantes representan la disolucin de un mineral neutralizante que se vuelvesoluble a ese nivel de pH. Si la oxidacin contina hasta que se haya agotado todo el potencialdeneutralizacin, se presentarn valores de pH por debajo de 3.5.

En esta etapa, el agua de drenaje est generalmente cerca al nivel neutro, conconcentraciones elevadas de hierro ferroso y sulfato. Se observa una acidez relativamente alta,an cuando las concentraciones de metales en la solucin puedan ser bajas.

Etapa III. A medida que los minerales alcalinos se consumen o recubren, o bien, se produceacidez a mayor velocidad que alcalinidad, el pH se vuelve cido. Las reacciones dominantes setransforman de oxidacin qumica a principalmente oxidacin biolgicamente catalizada. De lasreacciones de oxidacin sulfurosa, se produce hierro ferroso, que se oxida biolgicamente y seconvierte en hierro frrico. Este, a su vez, reemplaza el oxgeno como el oxidante principal.

En esta etapa, la velocidad de oxidacin es considerablemente ms rpida que en la Etapa I.Como se indica en la figura 2.1, el descenso del pH incrementa la velocidad de oxidacin. Nohay estudios cientficos definitivos para cuantificar la aceleracin de las velocidades de


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oxidacin debido a la oxidacin catalizada biolgicamente; sin embargo, en la literatura existeninformes sobre la observacin del aumento de velocidades de 10 a un milln de veces ms queaqullas generadas por oxidacinqumica. En esta etapa, el agua de drenaje es generalmente cida, caracterizada por sulfatos ymetales disueltos en concentraciones elevadas. El hierro disuelto se presenta como hierroferroso y frrico.

En algn momento en el futuro, dcadas y -posiblemente- siglos despus del inicio de lageneracin de estos cidos, la velocidad disminuir con la oxidacin completa de los sulfuros

ms reactivos y el pH se incrementar hasta que la roca se torne slo ligeramente reactiva y elpH del agua de drenaje no sea afectado. El tiempo para cada etapa sucesiva puede variar deun perodo de das a un perodo de cientos de aos, dependiendo de los factores que controlenla generacin de cido.

Dependiendo de la etapa en el proceso de oxidacin se determinar la tecnologa apropiadapara la vigilancia y el control. En la etapa I, puede ser factible el control de las condicionesnecesarias para las reacciones de generacin de cido. Se puede prevenir el impacto deldrenaje contaminado sobre el ambiente mediante un control efectivo del proceso de oxidacin,eliminando el reactante principal necesario para que se produzca la reaccin (es decir, eloxgeno). El monitoreo se centrar enlos parmetros indicadores del inicio del DAR: sulfato, bicarbonato, hierro ferroso, zinc, etc.

Una vez que se establecen las reacciones de generacin de cido (Etapas II y III), el hierrofrrico se convierte en el principal oxidante. En esta etapa, la oxidacin est bien establecida yel control del DAR requiere la eliminacin del mecanismo de transporte, con el fin de evitar queel contaminante sea liberado en el ambiente (es decir, el agua).

2.4 Qumica de Reacciones

2.4.1 Oxidacin

La generacin y el consumo de cido son el resultado de una serie de reacciones qumicascomplejas e interrelacionadas. Los factores que controlan la velocidad y la magnitud de lageneracin de cido, y la consiguiente calidad del agua de drenaje, slo han sido estudiadosen detalle durante los ltimos 20 aos. La comprensin de estos factores,

as como de los procesos qumicos y de los reactantes involucrados, constituyen la clave parala prediccin del potencial de generacin de cido en una muestra de roca; del mismo modo,es fundamental para identificar la tecnologa apropiada, que sirva para prevenir o controlar lageneracin de drenaje cido.

Los componentes principales para la generacin de cido son:

. minerales sulfurosos reactivos;

. agua o atmsfera hmeda; y

. un oxidante, especialmente el oxgeno de la atmsfera o de fuentes qumicas.

La velocidad y la magnitud de la generacin de cido son afectadas por los siguientes factoressecundarios:

. bacterias (Thiobacillus ferrooxidans)

. pH

. temperatura

Las reacciones de generacin de cido se expresan generalmente como la oxidacin de lapirita, uno de los minerales sulfurosos ms comunes. Inicialmente, los sulfuros reaccionan conel oxgeno y el agua para formar sulfato (SO42), hierro ferroso (Fe2+) e iones de hidrgeno(H+). Esta reaccin total de generacin de cido, en la que se muestra la pirita siendooxidada por el oxgeno, puede representarse por la siguiente ecuacin:


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FeS2 + 7/2O2 + H2O ---> Fe2+ + 2SO42- + 2H+ (Ecuacin 2.1)

Posteriormente, el hierro ferroso reacciona con el oxgeno para formar hierro frrico:

Fe2+ + 1/4O2 + H+ ---> Fe3+ + 1/2H2O (Ecuacin 2.2)

Dependiendo del pH en el ambiente alrededor del sitio de oxidacin, el hierro frrico puedeluego precipitarse en la forma de hidrxido (Ecuacin 2.3), o puede, a su vez, ser utilizadocomo oxidante (Ecuacin 2.4). A niveles de pH por encima de 3.5, el hierro frrico (Fe3+)

tiende a precipitarse como hidrxido frrico. Esto forma el precipitado rojo que se observa en lamayora de minas que generan cido. Durante esta reaccin, se liberan iones de hidrgenoadicionales.

Fe+3 + 3H2O ---> Fe(OH)3 + 3H+ (Ecuacin 2.3)

A medida que se desarrolla la generacin de cido y se consume la alcalinidad disponible, elhierro frrico, a su vez, sirve como oxidante y puede promover la oxidacin qumica de losminerales sulfurosos. En el caso de la pirita, la reaccin que ocurre es la siguiente:

FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O ---> 15Fe2+ + 16H+ + 2SO42-

(Ecuacin 2.4)

La oxidacin qumica de la pirita (Ecuacin 2.1) es una reaccin relativamente rpida a valoresde pH mayores que 4.5, pero mucho ms lenta a niveles de pH ms cidos. La velocidad delsuministro de oxgeno es el elemento que controla principalmente la velocidad de la oxidacinqumica. A niveles de pH inferiores a 4.5, la oxidacin por el hierro frrico se convierte en elproceso de oxidacin dominante. La velocidad de produccin de hierro frrico, a partir delferroso (Ecuacin 2.2), se convierte en la etapa controlante del proceso total de oxidacin. Sinembargo, por catlisis biolgica, esta reaccin es relativamente rpida.

Por lo general, se reconoce que ciertas bacterias pueden acelerar la velocidad con la cualocurren algunas de las reacciones anteriormente indicadas, incrementando con ello la

velocidad de generacin de cido. La bacteria Thiobacillus ferrooxidans es capaz de oxidarcompuestos de azufre reducidos, as como oxidar el hierro ferroso en frrico (que entoncespuede actuar como oxidante). Otras bacterias conocidas como participantes o acelerantes de laoxidacin de los minerales sulfurosos son: Thiobacillus thiooxidans y Sulfolobus. La velocidadcon la cual ocurre la oxidacin bacteriana depende de los siguientesparmetros:

. temperatura

. pH

. disponibilidad de oxgeno

. disponibilidad de dixido de carbono (fuente de carbono para la reproduccin de las clulas)

. nutrientes (N,P)

. rea superficial del mineral sulfuroso expuesto

Los efectos de temperatura y pH en la oxidacin biolgica y qumica de la pirita se ilustran enlas figuras 2.2 y 2.3, respectivamente. En general, las velocidades de oxidacin se acelerancon un incremento de temperatura. Como regla emprica, las velocidades de reaccin puedenduplicarse por cada 10oC de aumento de temperatura. El proceso de oxidacin del sulfuro esexotrmico, genera calor y aumenta la temperatura en el sitio de la reaccin. Se han registradotemperaturas superiores a los 50oC en pilas de desmonte en oxidacin, ubicadas en regionescuya temperatura de aire ambiental es menor a5oC.

Por tanto, la oxidacin continua puede crear condiciones ideales para el crecimiento de lasbacterias oxidantes. La produccin de H+ y la consiguiente disminucin del pH, hasta un nivel


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adecuado para las bacterias que oxidan el sulfato y el hierro, la produccin de hierro frrico y elaumento de temperatura debido al proceso de oxidacin exotrmico, dan por resultado unascondiciones idealmente adecuadas para estas bacterias. Una vez establecidas, las velocidadesde oxidacin bacterialmente catalizadas son lo suficientemente altas como para mantenercondiciones de temperatura elevada y pH bajo. A temperaturas bajas, la velocidad deoxidacin, tanto biolgica como qumica, es mucho ms reducida de lo que podran ser atemperaturas ambientales. Las velocidades de reaccin, medidas en pruebas cinticas delaboratorio, debern reajustarse de acuerdo a estos hechos. Por debajo de los 4 C, lasvelocidades de oxidacin se consideran insignificantes.

2.4.2 Minerales Sulfurosos

Los minerales sulfurosos ms comunes, considerados como fuente de DAR, son los mineralesde hierro, en forma especial, la pirita (FeS2), pirrotita (Fe(1-x)Sx) y marcasita (FeS2).Dependiendo de la forma y de la estructura cristalina del mineral, como ste se presenta en elyacimiento, se observarn diferentes velocidades de oxidacin. Por lo general, la marcasita,pirrotita y la pirita framboidal se oxidarn ms rpidamente. Los cristales minerales con unasuperficie menor, como la pirita "euhedral" degrano grueso, se oxidan ms lentamente.

Todo mineral sulfuroso tiene el potencial de oxidarse y lixiviar metales. Los minerales demetales bases, tales como calcopirita(CuFeS4), enargita (Cu3AsS4), galena (PbS), esfalerita

(ZnS) y arsenopirita (FeAsS), pueden encontrarse asociados a cuerpos mineralizados en elPer. La oxidacin y lixiviacin de los minerales, generalmente como resultado de lageneracin de cido a partir de los minerales de sulfuro de hierro asociados, pueden dar comoresultado la liberacin de acidez y metales disueltos en el agua de drenaje.

La cantidad de acidez que, tericamente, se puede liberar de la oxidacin de un mineralsulfuroso puede calcularse a partir de las relaciones estequiomtricas mostradas en lasecuaciones 2.1 a 2.4, en las que se grafica la oxidacin de diferentes minerales sulfurosos.

Como ejemplo, la oxidacin de una mol de pirita produce 4 moles de acidez (equivalentes deH+) a partir de las reacciones que se muestran a continuacin:

FeS2 + 7/2O2 + H2O ---> Fe2+ + 2SO42- + 2H+ (Ecuacin 2.1)

Fe2+ + 1/4O2 + 5/2H2O ---> Fe(OH)3 + 2H+ (Ecuacin 2.5)

2.4.3 Neutralizacin

Despus de la oxidacin de un mineral sulfuroso, los productos cidos resultantes pueden ser:

. inmediatamente arrastrados por la infiltracin de agua; o

. extrados de la solucin, como resultado de la reaccin con un mineral que consuma cido.

Existe una serie de minerales que pueden consumir acidez y neutralizar el drenaje cido. Entrelos minerales que consumen cido se encuentran:

. carbonatos (calcita)

. hidrxidos (limonita)

. silicatos (clorita)

. arcillas

El mineral ms comn que consume cido es la calcita (CaCO3), que consume acidez a travsde la formacin de bicarbonato (HCO3) o cido carbnico (H2CO30):

CaCO3 + H+ ---> Ca2+ + HCO3- (Ecuacin 2.6)

CaCO3 + 2H+ ---> Ca2+ + H2CO30 (Ecuacin 2.7)


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La calcita es el mineral carbonatado ms abundante de los yacimientos mineralizados en elPer, asociado con muy escasa, o ninguna, dolomita. Generalmente, es el ms reactivo de losminerales consumidores de cido y, a diferencia de la mayora de stos, tiende a ser mssoluble a temperaturas ms bajas.

La liberacin de bicarbonato y carbonato a travs de la disolucin de la calcita puede resultaren la formacin de minerales carbonatados secundarios, siderita (FeCO3), mediante:

Fe2+ + CO32- ---> FeCO3 (Ecuacin 2.8)

Este mineral tambin puede estar presente como mineral principal en la roca. Es menossoluble que la calcita, tendiendo a amortiguar el pH en el rango de 4.5 a 6.0. La calcita tiende aneutralizar soluciones llevndolas hasta un pH entre 6.0 y 8.0.

Los siguientes minerales que proporcionan alcalinidad, luego del consumo de los mineralescarbonatados, generalmente son los hidrxidos, los cuales consumen acidez mediante laformacin de un in libre ms agua, como se muestra en la ecuacin 2.9,por ejemplo, para Al(OH3):

Al(OH)3 + 3H+ ---> Al3+ + 3H2O (Ecuacin 2.9)

La mayora de rocas contendrn tanto minerales sulfurosos como minerales consumidores decido. La relativa cantidad y la reactividad de los dos tipos determinarn si la roca producirfinalmente condiciones cidas en el agua que pasa sobre y a travs de ella.

Las reacciones de neutralizacin eliminarn una porcin de la acidez y el hierro de la solucin,elevando el pH. Donde hay suficiente tiempo de contacto con los minerales consumidores decido, puede ocurrir la neutralizacin hacia un pH de 7. Bajo condiciones de pH neutro, lamayora de metales presenta baja solubilidad y precipitan de la solucin en forma de hidrxidosu xidos metlicos. Sin embargo, algunos metales, como el zinc, arsnico y molibdeno, son tansolubles -o ms solubles- bajo condiciones alcalinas que bajo condiciones cidas. Los iones desulfato tambin son qumicamente estables en un amplio rango de pH. En consecuencia, lasconcentraciones de sulfato algunas veces pueden servir como indicador general de la magnitud

de la generacin de cido, incluso despus de que la neutralizacin se ha producido.

Una serie de minerales pueden aportar alcalinidad, segn el resumen del cuadro 2.2. Estecuadro indica el nombre y la composicin del mineral, la capacidad equivalente de consumo decido, comparada con la de la calcita, y el pH hacia el cual el sistema se estabilizara (si seconoce este dato).

2.5 Lixiviacin de Metales

La naturaleza mineralgica y el ambiente qumico de la roca determinarn el comportamientogeoqumico de diferentes tipos de roca. La solubilidad de los diversos metales, contenidos enlos minerales que se encuentran en la roca, depende de la forma en la que stos (minerales)estn presentes en la misma. La solubilidad de muchas formas metlicas aumenta a medidaque el pH disminuye hacia niveles por debajo del neutro (pH 7). En dichos metales, lasolubilidad aumenta con cada nivel de disminucin en el pH, tal como se ilustra en la figura 2.1.De manera inversa, a medida que el pH aumenta a lo largo de una ruta (debido a aumentos denivel en el pH), algunos de los metales en solucin pueden precipitarse. En ciertos casos, eldrenaje contaminado tambin servir como lixiviante, promoviendo la disolucin de losminerales oxidados que, por lo general, pueden ser inertes o presentar baja solubilidad. Porejemplo, la generacin de hierro frrico puede servir para oxidar ciertos minerales de uranio,aumentando as la solubilidad del uranio y su velocidad de lixiviacin.

Las formaciones geolgicas del Per han dado por resultado una serie de caractersticasespecficas con respecto a la mineralizacin. Como se describi en la seccin 1.3, losminerales de cobre pueden estar asociados con enriquecimientos de zinc, arsnico y nquel y,


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en menor grado, al cadmio y plomo. En la figura 2.4, se muestra la solubilidad de varios deestos minerales como una funcin del pH.

En muchos depsitos, estos metales se presentan principalmente como sulfuros, que incluyencalcopirita, pirita, arsenopirita, galena y esfalerita. Ya que los minerales sulfurosos de estosmetales tienden a ser difcilmente solubles en condiciones de pH neutro, la movilizacinrequerir de oxidacin y reduccin de los niveles de pH. Una vez movilizados, algunos de estosmetales pueden ser redepositados como hidrxidos de metal bajo condiciones de pH neutro, siincrementa el pH. Bajo condiciones de oxidacin cida se esperan altos porcentajes de

lixiviacin con elevadas concentraciones de metales en la solucin. Los productos de oxidacinde muchos de los minerales sulfdicos comunes relacionados con los yacimientos en el Per sepresentan en el Cuadro 2.3.

En otras zonas de mineralizacin, los metales asociados con minerales de cobre y oro tiendena presentarse en un estado de mayor oxidacin, con algunos metales en forma de sulfo-sales.Por lo tanto, bajo condiciones de pH neutro, la solubilidad de estos metales ser dictada por lasolubilidad de los xidos e hidrxidos de los metales.

2.6 Calidad del Agua

En el cuadro 2.1, se presentan algunas de las calidades de drenaje tpicas observadas en elPer, en los distintos tipos de yacimientos.

Es importante reconocer que la acidez y el pH bajo no son factores crticos en la definicin de"drenaje contaminado" o DAR. Ms bien, la preocupacin fundamental la constituyen loselevados niveles de metales disueltos. Por ejemplo, el agua de drenaje que proviene de laoxidacin de minerales sulfurosos de una roca que aloja carbonatos puede ser casi neutra,pero puede contener niveles elevados de metales solubles en pH neutro a alcalino, tal como elzinc. Este ltimo metal es lixiviado delas rocas del entorno hacia el agua de drenaje cido, a pesar de que las reacciones a lo largode la ruta de flujo del drenaje neutralicen la acidez contenida. Entonces, es posible detectarzinc disuelto en solucin, incluso en un pH casi neutro.

La preocupacin fundamental en cuanto al DAR se debe a su potencial impacto adverso sobrela flora y fauna del ambiente acutico receptor y, en menor grado, a los riesgos que supone

para la salud humana. Los peces y otros organismos acuticos son ms sensibles que losseres humanos a los niveles elevados de la mayora de metales. Esta sensibilidad se vereflejada en muchos de los reglamentos internacionales.

2.7 Resumen de los Procesos del DAR

La calidad del agua de drenaje proveniente de las minas en el Per depende tanto de lapresencia en la roca, de metales/minerales que se pueden lixiviar en un pH neutro(notoriamente en zonas de xidos de cuerpos mineralizados de metales bases), como delincremento en la lixiviabilidad que resulta de la generacin de cido y que puede ocurrir cuandohay presencia de sulfuros reactivos en cantidades suficientes.

La generacin de cido es controlada por:

. el tipo de mineral sulfuroso;

. la distribucin y exposicin del mineral sulfuroso;

. el tipo, distribucin y exposicin de minerales alcalinos;

. las caractersticas de oxidacin qumica y biolgica;

. la temperatura y pH;

. el flujo de oxgeno y agua; y

. las concentraciones qumicas.

Los factores que controlan la velocidad y la magnitud de la generacin de cido son aqullosque tambin proporcionan potencial para el control de la calidad del agua de drenaje.


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El desarrollo del DAR es un proceso de tres etapas. Inicialmente, dominan los procesos deoxidacin qumica, relativamente lentos, y la alcalinidad disponible controla los valores de pHen el rango cercano al neutro. Durante esta etapa, se reducen los productos cidos y lavelocidad de lixiviacin de muchos de los contaminantes potenciales. A medida que seconsume la alcalinidad disponible, el pH se vuelve ms cido y la velocidad de oxidacinaumenta. A valores de pH por debajo de 4.5,predominan las reacciones de oxidacin biolgicamente catalizadas, las cuales son msrpidas, el pH disminuye y la concentracin de muchos contaminantes aumenta.

El control de las reacciones de generacin de cido, en las etapas iniciales de oxidacin, exigeel control del pH, para evitar la ocurrencia de oxidacin biolgica; o bien el control delsuministro de oxgeno, el oxidante principal. En las etapas posteriores de la oxidacin rpida,es ms difcil el control de las reacciones de generacin de cido. La oxidacin de mineralessulfurosos produce hierro ferroso. La actividad biolgica oxida el hierro ferroso y lo convierte enfrrico, el cual acta como el oxidante principal. En este momento, las reacciones sonesencialmente "autosuficientes". En esta etapa, el control del drenaje cido deber dependerprincipalmente de prevenir que los productos cidos migren.

2.8 Fuentes del DAR

Los minerales sulfurosos estn en todas partes en el ambiente geolgico, pero se encuentranprincipalmente en rocas que yacen debajo de una capa de suelo y, a menudo, debajo de la

napa fretica. Bajo condiciones naturales, el suelo que cubre la roca y el agua subterrneaminimizan el contacto con el oxgeno, permitiendo as que la generacin de cido prosiga a unavelocidad tan baja que el efecto sobre la calidad general del agua ser insignificante oindetectable. La exposicin de roca sulfurosa reactiva al aire y al agua, como resultado deactividades tales como la construccin de carreteras o explotacin minera, puede acelerar lavelocidad de generacin de cido y ocasionar un impacto en el ambiente.

En un asiento minero, las fuentes primarias de drenaje cido son las reas en las cuales laroca de mina ha sido disturbada, y la superficie expuesta. Entre las fuentes principales del DARestn:

. las pilas de desmonte

. las pilas de lixiviacin

. los embalses de relaves. las labores mineras subterrneas

. las minas de tajo abierto

. la roca de construccin -relleno, represas, carreteras.

Adems, el drenaje cido de roca puede ocurrir en otras reas del asiento minero, las cualescontienen generalmente menor volumen de roca, pero que deberan considerarse en laevaluacin del lugar, por ejemplo:

. derrames de concentrados y relaves

. almacenamiento de concentrados e instalaciones de descarga

. apilamiento de mineral

. superficies de roca expuestas al cortar rocas para carreteras, etc.

. caminos por los cuales pasan camiones o ferrocarriles con concentrados

. aliviaderos de emergencia

. pozas de almacenamiento de lodos en plantas de tratamiento.

Es de fundamental importancia identificar todas y cada una de las fuentes potenciales dedrenaje cido de mina, tanto en el diseo como en la operacin de cada asiento minero.Tambin, es importante que, al desarrollar el programa de pruebas de prediccin, secomprendan las diferencias en los controles fsicos y qumicos del DAR para cada una de estasfuentes.

2.8.1 Desmonte


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Los trminos "desmonte" o "roca de mina" generalmente se emplean para hacer referencia a lasobrecapa y rocas que deben extraerse para ganar acceso al mineral. La mayor parte dedesmonte se produce en la explotacin de minas a tajo abierto, generalmente con unaproporcin entre tonelaje de material estril y tonelaje de mineral -"stripping ratio"- de 2:1 3:1. Esta relacin hace referencia al tonelaje de desmonte extrado por tonelada de mineral; porconsiguiente, en una relacin de 2:1, se extraen 2 toneladas de desmonte por cada tonelada demineral. No obstante, cantidades menores de desmonte o escombros pueden producirse apartir del desarrollo de obras subterrneas.

Generalmente, esta roca es almacenada en la superficie, en grandes pilas o botaderos dedesmonte. Esta roca tambin puede utilizarse para construcciones en el lugar; como rellenopara la construccin de cimientos, especialmente en terreno montaoso, para la construccinde carreteras, represas, etc.

Estos botaderos de desmonte son, generalmente, mezclas de material proveniente dediferentes reas de explotacin o desarrollo minero. Los botaderos, por lo comn, estnconstitudos por rocas gruesas y se almacenan sobre la napa fretica. De este modo, cualquiermineral sulfuroso reactivo queda expuesto al aire y al agua que pasan por el botadero,inmediatamente despus de haber sido depositado all. Las reacciones de generacin de cidopueden iniciarse en cualquier lugar del botadero, y generalmente se producen en varios sitios.Esto se ilustra de manera esquemtica en la figura 2.5.

La qumica del agua de drenaje proveniente del botadero depender tanto de la mineraloga dela roca en la fuente del DAR, como tambin de las reacciones con las diferentes rocas a lolargo de la ruta del flujo. Dado que toda pila de rocas o botadero puede estar compuesto poruna mezcla de tipos de roca, puede surgir agua de qumica muy diferente de cada una de lasdiferentes reas del mismo botadero.

2.8.2 Relaves

El desarrollo de DAR en un embalse de relaves es generalmente muy limitado durante laoperacin y se desarrolla lentamente a lo largo del tiempo, despus que haya cesado laacumulacin en el embalse. La ocurrencia de las reacciones de oxidacin est limitada por laacumulacin continua de capas frescas de relaves saturados y alcalinos durante la operacin.Despus de que se ha concludo la acumulacin y los relaves empiezan a drenar, de manera

que los sulfuros se exponen al oxgeno, en ese momento comienza la oxidacin. Dado que lasreacciones de oxidacin requieren tanto de oxgeno como de agua, la generacin de cido porlo general comienza en la superficie y en los lados de la represa, que son los primeros endrenar. As, la oxidacin se inicia en la superficie de la represa y progresa en profundidad, amedida que los relaves drenan y la napa fretica se mueve hacia el fondo del depsito. Elsecado y resquebrajamiento de la superficie de los relaves puede aumentar el suministro deoxgeno hacia los relaves que estn en profundidad y mejorar la oxidacin ms profunda.

El desarrollo del DAR y el cambio en la calidad del agua de drenaje a travs del tiempo, seilustran esquemticamente en la figura 2.6. Inicialmente, el drenaje contaminado puede serdetectado en la escorrenta superficial proveniente de los relaves.Con el tiempo, a medida que el frente de oxidacin progresa a ms profundidad dentro de losrelaves, y a medida que el drenaje contaminado reemplaza al agua del proceso, el DAR puededetectarse a partir de la base del depsito o en el agua subterrnea. La velocidad a la cualprogresa el DAR a travs de los relaves depende tanto de los controles en la qumica del agua,como de los controles fsicos en el flujo de agua (permeabilidad y pendiente hidrulica).Pueden pasar aos o dcadas antes de que pueda detectarse el DAR en las filtracionesprovenientes de la base de los relaves.

2.8.3 Comparacin de Botaderos de Desmonte y Relaves

Los relaves y las rocas de mina son probablemente las mayores fuentes del DAR en la mayorade asientos mineros y es por eso que se les da prioridad en la mayora de programas deprediccin. Es importante comprender las diferencias entre las fuentes de generacin de cido


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y los mecanismos de migracin de contaminantes, para probar y predecir, con precisin, lacalidad del agua de drenaje.

Las diferencias entre las condiciones que controlan el DAR en los botaderos de desmonte y enlos depsitos de relaves se encuentran resumidas ms adelante. El reconocimiento de estasdiferencias es fundamental para la prediccin del potencial de generacin de cido y la calidaddel agua de drenaje, as como para la evaluacin de las medidas de control que sean tcnica yeconmicamente efectivas.

Oxidacin. En los relaves, la oxidacin se inicia en la capa superficial expuesta, despusde que ha culminado la disposicin de pulpas frescas de relaves alcalinos (no durante laoperacin); as como en las resquebrajaduras verticales en los depsitos subareos. Laoxidacin puede desarrollarse en todo el botadero de desmonte, inmediatamente despusde la deposicin.

Ruta del flujo de infiltracin. Inicialmente, en una represa de relaves, el DAR es evidente enel agua de desage superficial. La infiltracin se mueve lenta y uniformemente hacia abajo,a medida que el agua de porosidad del proceso drena del embalse y esgradualmente desplazada por agua contaminada con DAR, generada en la superficie.Pueden pasar varios aos, o dcadas, antes de que la filtracin contaminada migre atravs de la masa de relaves y aparezca como filtracin de la base. El DAR puededetectarse en el botadero de desmonte despus de horas o das de una lluvia, mediante el

desarrollo de rutas de flujo de infiltracin preferenciales. Puede surgir drenaje de agua conqumica variada del mismo botadero, como resultado de la heterogeneidad de la roca.

Heterogeneidad de la distribucin de sulfuros/alcalinidad. El desmonte puede provenir deuna variedad de unidades rocosas con contenidos de sulfuros ampliamente variables. Lamineraloga de la roca, la geoqumica y las propiedades fsicas difieren a lo largo delbotadero, con una distribucin que depende del tamao de las partculas, de la ocurrenciamineralgica y del mtodo de construccin del botadero. Sin embargo, en los relaves, elprocesamiento de mineral relativamente constante origina una masa fina,comparativamente homognea en todo el depsito.

Tamao de la partcula. La roca de mina de tamao D50 (dimetro del tamao de partculapromedio determinado por peso) es usualmente mayor que 20 cm, comparado con los

relaves, que pueden ser 100% ms finos que 0.2 mm. Los minerales sulfurosos y alcalinosen un botadero de desmonte pueden estar fsicamente separados por distanciassustanciales.

Entrada de aire (oxgeno). En los relaves, el aire ingresa desde la superficie a travs de losvacos de los poros y resquebrajaduras, a una velocidad limitada por la forma en que el airese difunde a travs de estos materiales. En un botadero, el aire puede ingresar desde lacima, los lados y a lo largo de la base, y fluir libremente a travs de las rutas de flujoadvectivas. Los gradientes de temperatura, como resultado de las reacciones exotrmicasde oxidacin, tambin pueden promover el flujo de aire.

Temperatura. En un botadero de desmonte no saturado, la oxidacin rpida puede generartemperaturas elevadas y conveccin trmica, asimismo pueden desarrollarse efectos de

chimenea. La temperatura de los slidos en los relaves permanece relativamenteconstante, controlada -en gran medida- por el contenido de humedad de los slidos.

Los procesos que controlan la generacin y migracin de cido en los botaderos de desmontey depsitos de relaves, a pesar de ser qumica y biolgicamente similares, son muy diferentesen trminos de caractersticas fsicas. Las diferencias entre las condiciones que se aplican alos botaderos de desmonte y a los depsitos de relaves, han sido discutidas por Robertson(1988), y Broughton y Robertson (1992). El reconocimiento de estas diferencias es fundamentalpara la prediccin del potencial de generacin de cido y la calidad del agua de drenaje, ascomo para la evaluacin de las medidas de control que sean tcnica y econmicamenteefectivas.


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2.8.4 Labores Subterrneas

Las labores subterrneas pueden ser una fuente considerable de DAR, especialmente enlabores antiguas. Las paredes expuestas se encuentran usualmente en reas mineralizadas y,por tanto, tienen contenidos de metal ms elevados que el desmonte. Adems, toda rocasulfurosa rota, como parte de las labores subterrneas ejecutadas por el mtodo de explotacinminera (tcnicas de excavacin), como resultado del colapso y hundimiento en laboresantiguas, o debido al relleno, puede generar una extensa rea superficial de roca quebradaque, a su vez, puede producir DAR.

La fuente de agua de las labores subterrneas es usualmente una combinacin de aguasubterrnea e infiltracin de la superficie. Las minas a tajo abierto, los ductos de ventilacin olas construcciones subterrneas, tales como los conductos de extraccin tipo embudo, puedenoriginar la continua inundacin de las obras.

Luego del cierre, si se permite la inundacin de las obras, puede haber un arrastre inicial decontaminantes provenientes de los productos de oxidacin almacenados. En el largo plazo, lainundacin probablemente constituir el mejor mecanismo de control de la generacin adicionalde cido.

Las fuentes del DAR y el flujo de agua en las obras subterrneas se ilustran esquemticamenteen la figura 2.7.

2.8.5 Mina a Tajo Abierto

Las operaciones en minas a tajo abierto generalmente no descargan agua durante suoperacin, excepto durante el secado y bombeo de la mina, por eso es algo ms sencillocontrolar la calidad del agua de descarga de minas a tajo abierto que de las laboressubterrneas. La experiencia demuestra que el potencial para la generacin de cido durantela operacin, puede limitarse mediante el mantenimiento de paredes competentes "limpias",con poca roca quebrada o material suelto en los bancos. La roca quebrada presenta un reasuperficial ms amplia y, por ello, carga potencial ms elevada que las paredes expuestas de lamina. En la figura 2.8, se muestran esquemticamente las fuentes de DAR de una mina a tajoabierto.

La inundacin de la mina, luego del cierre de la misma, controlar finalmente toda generacinadicional de cido, a pesar de que pueda haber oxidacin y drenaje durante el llenado de lacantera y, nuevamente, pueda ocurrir un acarreamiento de productos solubles. La mina a tajoabierto tambin puede emplearse para la disposicin de relaves o de rocas de mina de lasuperficie, debajo de una capa de agua. La prediccin de la carga contaminante de las paredesde la mina y de cualquier roca adicional colocada dentro de ella, exige comprender la magnitudde la generacin de cido y de la lixiviacin/almacenamiento de metales dentro de la roca.

2.9 Resumen

El drenaje cido de mina (DAM) o drenaje cido de roca (DAR) es el drenaje contaminado quese origina de la oxidacin de los minerales sulfurosos y de la lixiviacin de los metales pesadosasociados. Las reacciones de oxidacin son reacciones que ocurren en forma natural, lascuales se aceleran por el aumento de exposicin de la roca al oxgeno y al agua.

El DAR se desarrolla a travs del tiempo, con cambios en la qumica del agua que reflejan lamineraloga y la cantidad de minerales sulfurosos, alcalinos, as como la velocidad y magnitudde la oxidacin y neutralizacin. En las primeras etapas de la generacin de cido, el oxgenoes el oxidante principal para la oxidacin qumica de los sulfuros (de hierro). La oxidacinproduce sulfato, hierro y acidez (H+). Los minerales alcalinos neutralizan la acidez y originan laprecipitacin del hierro comoxido o hidrxido.

A medida que los minerales alcalinos se consumen o se encapsulan por cubiertas deprecipitado, disminuir el pH en el rea en torno al sulfuro, pasando a la segunda etapa en el


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desarrollo del DAR. Mientras que el drenaje puede permanecer en un nivel cercano al neutro,las reacciones de oxidacin bacterialmente catalizadas aumentan y el hierro frrico seconvierte en el oxidante dominante. En la tercera etapa, el drenaje se vuelve cido, conmayores concentraciones de metales disueltos.

3.2 Fuentes de Muestras

Las fuentes de informacin y muestras se resumen en el cuadro 3.1 (adaptado deSaskatchewan MPCB, 1991). La ubicacin de las muestras siempre deber anotarse en elplano del asiento y/o en la seccin geolgica apropiada. Si las muestras fueran recolectadas deuna mina en operacin, la ubicacin deber marcarse en el campo, en los casos en que fueraprctico hacerlo; la ubicacin debera determinarse por levantamiento de plano. Tambin,puede ser de ayuda fotografiar estas ubicaciones y anotar las condiciones de clima y agua dedrenaje en el momento del muestreo. De manera ideal, las muestras debern ser frescas almomento de evaluarlas, o bien estar almacenadas en un ambiente seco y fresco, de maneraque estn protegidas contra la oxidacin y el intemperismo.

Los gelogos e ingenieros de planeamiento de mina han reconocido que las tcnicas

estadsticas tradicionales con frecuencia no son suficientes para evaluar los datos y definir unprograma de muestreo y pruebas estadsticamente "significativo". Los mtodos estadsticos,como aquellos que se describen en Gilbert (1987), han sido aplicados a la determinacin deasientos con suelos contaminados y para otras evaluaciones, tales como el monitoreobiolgico. No obstante, actualmente existe un considerable inters en la aplicacin de tcnicasgeoestadsticas para evaluar la variabilidad inherente de los depsitos geolgicos. Sinembargo, hasta la fecha no existen reglas definidas para el muestreo. Los programas demuestro se disean asiento por asiento, para adecuarse a la variabilidad natural y laspreocupaciones especficas de cada uno de ellos.

3.3 Etapa de Operacin

Robertson y Broughton (1992) proporcionan la siguiente discusin sobre las diferencias entre el

muestreo en las minas existentes y el muestreo en las minas nuevas. El muestreo y pruebaspara las minas nuevas (minas que an estn por desarrollarse) generalmente presentandiferentes problemas y requerimientos, comparados con las minas antiguas. En el cuadro 3.2,se comparan las condiciones del DAR y la informacin disponible en minas nuevas y antiguas.En las minas nuevas, la preocupacin principal es el potencial de las condiciones degeneracin de cido que pueden desarrollarse y, si el DAR es posible, la efectividad de lasmedidas de contr ol alternativas. La prediccin de las calidades del agua de drenaje y cargascontaminantes para un largo periodo en el futuro a menudo se toma de muestras frescas dediversas unidades litolgicas o demuestras compuestas.

Para las minas antiguas, el DAR con frecuencia est bien establecido y proporciona una clarademostracin del comportamiento del material, as como de las cargas y concentraciones delcontaminante hacia el ambiente. Las preguntas que requieren respuesta se relacionan con lacantidad de productos cidos almacenados en los desechos (disponibles para la lixiviacin, apesar de la generacin adicional de cido), la etapa de generacin de cido en los diferentesbotaderos de desmonte y la manera en que la produccin futura de desechos se compararcon los desechos producidos en el pasado. Con frecuencia, la geologa y la distribucin desulfuros en la mina y el cuerpo mineralizado restante pueden ser determinadas aunque ladistribucin de los tipos de roca de los botaderos de desmonte tal vez no haya sido registrada.La composicin detallada de las pilas de roca, por tanto, puede ser incierta.

Para las minas antiguas y nuevas, es esencial el establecimiento de un inventario de losbotaderos de desmonte y apilamiento de relaves existentes y por producirse. Para las minas


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nuevas, ste se basar en la planificacin y cronograma de la mina, pero las minas antiguasrequieren del reconocimiento e investigacin del sitio, en la forma descrita por Broughton et al.,1992. A esto le deber seguir la caracterizacin del DAR de los materiales que se encuentren,o se encontrarn, en los diferentes botaderos. Finalmente, se debern predecir la generacinde cido a largo plazo y la calidad del agua de drenaje, con y sin medidas correctivas y decontrol del DAR, con el fin de establecer el potencial de control y los costos. Estos constituyeninformacin esencial para las decisiones que se refieren a las autorizaciones, la continuacinde operaciones en la mina, y la seleccin y financiamiento de opciones de control adecuadas.

3.4 Tamao de Muestra

El tamao de cada muestra individual debe basarse en la heterogeneidad de la unidad. Unaunidad de roca, en la que los minerales son de grano fino y se diseminan por toda la masa, esconsiderada homognea si se la compara con una unidad de roca en la que los minerales sepresentan en vetas, en algunos casos de hasta 50 cm de ancho.

Como pauta general, el tamao de la muestra de una unidad homognea (es decir,mineralizacin de sulfuros y alcalinos uniformemente distribuida o diseminada) deber ser porlo menos el doble de la cantidad necesaria para la prueba. Sin embargo, para las pruebasestticas, se requiere una pequea muestra para el anlisis; se recomienda un mnimo de unkg cuando hay heterogeneidad en pequea escala, por ejemplo en la distribucin del mineralen vetas; se puede necesitar una muestra mayor para considerar la heterogeneidad regular a

pequea escala.

En el captulo 4, Prediccin, se proporcionan pautas especficas en relacin a la cantidad demuestra necesaria para las diferentes pruebas.

3.5 Muestras Compuestas

En algunas situaciones, particularmente en el desarrollo de una mina nueva, la cantidad demuestra disponible para pruebas es limitada. A menudo se requiere aumentar dichas muestras.Todas las muestras representan un compuesto de minerales de roca en cierta medida; confrecuencia, materiales de roca mezclados que tienen una amplia variacin en contenido desulfuros y alcalinos. Mientras mayores sean las dimensiones sobre las cuales se toma lamuestra compuesta, mayor ser la extensin de la mezcla y con mayor probabilidad la muestra

ser representativa de algn valor promedio, ocultando el rango de valores que se detectaraen las muestras individuales.

Existen ciertas tcnicas de muestreo que originan muestras "compuestas", por ejemplo:

. muestreo sobre un intervalo de longitud de testigo

. combinacin de diferentes tipos de roca para producir una muestra representativa dealgn depsito ms grande (como un botadero de desmonte)

. muestreo del mismo tipo de roca o unidad de roca (en base a consideraciones de DAR) dediferentes lugares.

La mezcla de muestras de roca de diferentes lugares, sin definir las unidades de rocaexclusivas, puede originar un compuesto con propiedades que no sean necesariamenterepresentativas de ninguno de los tipos de material que contiene el compuesto.La mayor preocupacin est en las dos primeras estrategias. Se puede necesitar lacomposicin para proporcionar suficiente muestra destinada a una prueba cintica, en cuyocaso se trata esencialmente de muestreo por lotes; o bien cuando las heterogeneidades depequea escala afectaran a una muestra individual. Siempre se deber consultar al gelogoencargado, al determinar la tcnica de muestreo apropiada para los programas de prediccindel DAR.

La figura 3.1 (segn Robertson y Broughton, 1992) ilustra el efecto sobre la distribucin de losvalores del potencial de neutralizacin neto (PNN), que se obtendran del muestreo aleatoriocon diferentes tamaos de compuestos provenientes de una masa de roca con contenido desulfuros altamente variable.


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Para el ejemplo escogido, la generacin de cido ocurrira (como lo demuestran las pruebascinticas) en aquellas muestras con PNN menor a -4. Partiendo de la figura, es evidente que elporcentaje de muestras "potencialmente generadoras de cido" aumenta a medida que eltamao (o longitud) del compuesto disminuye. En los extremos, una sola muestra compuestade la poblacin total de muestreo sera "no generadora de cido", mientras que la distribucinde un gran nmero de muestras pequeas (cada una representativa de alrededor de 1 kg deroca tomada de una dimensin lateral de 10 cm) podra indicar que un 30% de las muestras espotencialmente generadora de cido. El potencial de generacin de cido, dentro del botadero

de desmonte resultante, depende del grado de mezcla de los tipos de roca. Si las diversasmuestras estuvieron ntimamente mezcladas, como ocurrira en un depsito de relaves,entonces, las grandes muestras compuestas pueden ser representativas del depsito final. Sinembargo, si las diferentes muestras no estn ntimamente mezcladas, como sucede en losbotaderos de desmonte, entonces, algunas capas y porciones de ste podran ser generadorasde cido, mientras que otras seran consumidoras de cido. El drenaje contaminado de laspartes del botadero que son generadoras de cido, dar por resultado el DAR.

Es esencial que se restrinja el alcance de las muestras compuestas para permitir la evaluacinde las caractersticas geoqumicas de un tipo de roca. Por lo general, la prctica comn paralos testigos de perforaciones y muestras es restringir los compuestos a longitudes de 0.5 m,dependiendo de la presencia de mineralizacin y heterogeneidad de la muestra. Si fueraconveniente para la evaluacin, se pueden sumar numricamente los resultados BAB de

muestras adyacentes, con la finalidad de derivar los valores BAB para muestras mayores.

3.6 Resumen

El programa de muestreo es tal vez la etapa ms crtica en un programa de pruebas deprediccin. Se recomienda utilizar un enfoque escalonado en la elaboracin de un programa demuestreo con un costo efectivo. El programa inicial de muestreo debera incluir un rangorepresentativo de todas las unidades geoqumicas y tipos de muestras relevantes (roca demina, relaves, etc.), sobre las cuales se conducen pruebas estticas baratas y relativamentesimples. La siguiente etapa del muestreo y pruebas estticas debera centrarse en unidadesque demostraron alta variabilidad en el muestreo original (y que, por tanto, no son claramentegeneradoras o consumidoras de cido), as como en los materiales sobre los cuales serequiere una mejor definicin.

Con frecuencia, los programas iniciales de perforacin y muestreo, en la etapa de exploracinde un proyecto, se centran en el material con contenido mineral, pudiendo requerirse msperforacin para definir el potencial DAR de la roca submarginal. Las etapas subsiguientes demuestreo y pruebas cinticas deben centrarse en muestras que son potencialmentegeneradoras de cido y en aqullas que no son claramente generadoras o consumidoras decido, a partir de los resultados de las pruebas estticas; adems, deben centrarse en laevaluacin y demostracin de las medidas de control.

Igualmente, el tamao y nmero de muestras deben reflejar la cantidad de cada unidad, laacumulacin de material propuesta y el "nivel de preocupacin" respecto al material. Porejemplo, si el plan de la mina define que todos los relaves debern depositarse bajo el agua(controlando as la generacin de cido), an cuando slo se haya definido un potencialmarginal de DAR, se requerirn menos muestras que para los

relaves que pueden no estar permanentemente bajo la capa de agua, o de los relaves quetienen un potencial considerable para liberar metales solubles. Si bien el programa de muestreovara de asiento a asiento, la experiencia norteamericana demuestra que, por cada minanueva, se pueden seleccionar de 25 a 300 muestras para las pruebas estticas, pudiendoevaluarse de 4 a 20 de ellas mediante pruebas cinticas. Sin embargo, el nmero de muestrasdepende completamente del asiento, siguiendo los principios que se han discutido en elpresente captulo.

En resumen, los puntos esenciales que se deben considerar en el desarrollo de un programade muestreo son los siguientes:


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. definicin de la geologa, mineralizacin;

. consideracin del plan de minado;

. consideracin de todas las fuentes de muestras;

. conduccin de un programa inicial de muestreo;

. clasificacin de la roca de mina; y

. ejecucin de muestreo y reclasificacin adicionales, si fuese necesario.

4.0 PREDICCION

4.1 Introduccin

4.1.1 Importancia de la Prediccin

El reconocimiento prematuro de la posibilidad de que un tipo de roca, o componente de mina,generar drenaje cido es esencial para prevenir el desarrollo de un problema de DAR. Laintencin del presente captulo es describir el enfoque y las tcnicas para la prediccin delDAR. Se describen los pasos en el programa de muestreo y pruebas, tanto para las minasexistentes como para las nuevas. Se describen, de manera genrica, las tcnicas para laspruebas estticas y cinticas, con nfasis especial en los procedimientos (o modificaciones)apropiados para el Per.

La prediccin del potencial de generacin cida y lixiviacin de metales es muy importantedesde una perspectiva ambiental y tambin desde la econmica. En el Per, slorecientemente se ha reconocido la magnitud de los impactos ambientales adversos del drenajecontaminado (DAR). Se ha reconocido tambin que puede haber considerables implicanciaseconmicas en los requerimientos para dar solucin al DAR en un asiento minero.

La identificacin prematura de los materiales potencialmente generadores de cido y eldesarrollo de un plan de manejo adecuado de los desechos pueden reducir considerablementelos problemas ambientales de largo plazo y los costos de las medidas correctivas. Adems, laidentificacin prematura y la incorporacin de medidas de control, pueden reducir lasobligaciones financieras de mantener instalaciones de recoleccin y tratamiento a largo plazo;por ejemplo, mantener a perpetuidad una planta de tratamiento qumico. Es importante quetanto la compaa minera como las autoridades competentes

efecten las pruebas suficientes y apropiadas para garantizar que todos los problemaspotenciales hayan sido identificados ytratados.

Este captulo discute el enfoque del muestreo y prediccin, tanto para el potencial degeneracin de cido, como para la calidad del agua de drenaje. Aqu se describen las tcnicasde muestreo y prueba, consideradas internacionalmente como la tecnologa de punta, que son-adems- consideradas apropiadas para las condiciones del Per. Se discute igualmente lainterpretacin de los datos de pruebas de laboratorio, as como la extrapolacin de losresultados a las condiciones de campo.Sin embargo, debe reconocerse que, en la prediccin del DAR, se intenta predecir elcomportamiento de sistemas complejos y naturales, que varan de asiento a asiento y hasta detipo de roca a tipo de roca dentro de un mismo asiento minero. Por tanto, se advierte al lectorque no existe un nico conjunto de pruebas, o nmero de muestras, que garantice unaprediccin absoluta del DAR. No obstante, con una comprensin cabal de los factores fsicos yqumicos que controlan el DAR, y con la aplicacin prctica y cientfica de las tcnicas que aquse discutirn, se podr utilizar las tcnicas de prediccin descritas en este captulo paraidentificar el potencial de generacin de cido y para estimar la calidad del agua de drenaje, acorto y largo plazo.

El enfoque actual en la prediccin de la calidad de drenaje es semiemprico; se utilizan pruebasde laboratorio para simular las reacciones de generacin de cido en un botadero dedesmonte, y para estimar la calidad del drenaje en muestras representativas de roca. El trabajode laboratorio se conduce utilizando los procedimientos estndar para pruebas de laboratorio y,usualmente, no pretende simular todas las condiciones de campo. Luego, estos datos son


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4. Evaluacin de las muestras mediante pruebas estticas para la caracterizacin de laroca, y pruebas cinticas para la caracterizacin de la calidad del agua.

5. Interpretacin de los resultados.6. Identificacin de las medidas de control y repeticin del muestreo y prueba, si fuese

necesario.

En el cuadro 4.1., se resumen los pasos especficos para la evaluacin del potencial degeneracin de cido y lixiviacin demetales en la roca de mina, en relacin a la prediccin delDAR de todos o algunos de los componentes de un asiento minero.

En el cuadro, tambin se incluyen sugerencias para el personal y para el ingeniero(coordinador ambiental) que tienen la responsabilidad total del programa, los cuales -por locomn- estn involucrados en cada etapa; tambin se sugiere el periodo necesario paracompletar cada tarea.

Los pasos compilados en este cuadro se discutirn en los subcaptulos siguientes.

4.2 Comparaciones Geogrficas y Geolgicas

En las primeras etapas de una evaluacin del potencial de DAR, pueden ser provechosas lascomparaciones con otras reas del lugar, o con otras minas en una ubicacin geolgica ygeogrfica similar. A pesar de que estas comparaciones no pueden determinar definitivamenteel potencial de DAR, pueden proporcionar un indicio que un problema pueda o no presentarse.

Las comparaciones geogrficas en el Per pueden ser tiles para la evaluacin de la hidrologadel lugar, que determina la cantidad de agua que puede transportar los productos de oxidacindesde las rocas oxidadas hasta el ambiente receptor. Estas comparaciones tambin puedenutilizarse para comparar la factibilidad de diferentes medidas de control.

Las comparaciones geolgicas pueden proporcionar una indicacin preliminar del potencial delixiviacin y generacin de cido. Este tipo de comparacin se basa en el supuesto de quepaleoambientes similares originan caractersticas geolgicas y mineralgicas similares, consimilares potenciales de oxidacin y de lixiviacin de metales, dadas condiciones climatolgicassemejantes. En el Per, la ubicacin geolgica puede indicar una tendencia a generar acidez,pero no siempre identificar yacimientos que no generarn DAR.

Las comparaciones geolgicas pueden ser especialmente tiles si se aplican a un asientoespecfico, pero se debe tener cuidado al comparar unidades geolgicas similares en diferentesasientos. Existe un nmero de factores, aparte de la naturaleza geolgica y mineralgica de laroca, que controlan la velocidad y la magnitud de la lixiviacin de metales y la generacin decido (temperatura, precipitacin, temporadas secas/de lluvias), que pueden variar de lugar alugar. Estas influencias climticas y topogrficas pueden hacer que la comparacin de lacalidad del agua de drenaje, de un lugar a otro, sea difcil de interpretar.

Para hacer comparaciones en base a la geologa y mineraloga del yacimiento o del tipoespecfico de roca, debe haber una base comn de comparacin. Dicha clasificacin deberincluir el tipo y la relativa abundancia de mineralizacin, el proceso y la ocurrencia desedimentacin fsica, el estado de oxidacin de los minerales, el tipo de sulfuros (mineraloga,estructura y tamao de los cristales) y su distribucin o exposicin, tipo y distribucin de laalcalinidad as como una descripcin de la competencia de la roca.

4.3 Tipos de Pruebas

Existen tres tipos principales de pruebas que se utilizan para la prediccin; ellas se discutirnen los siguientes captulos, y son:

pruebas estticas para determinar las propiedades geoqumicas del material; pruebas de extraccin del lixiviado para determinar el total de componentes solubles; y pruebas cinticas para determinar el comportamiento geoqumico del material a travs del

tiempo.


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En aos recientes, se han investigado considerablemente los mtodos de prueba para laprediccin del DAR, originando la publicacin de varios manuales. La discusin que sepresenta a continuacin, ha sido adaptada de dos de las ms recientes publicaciones (DIAND,1992; Saskatchewan MPCB, 1991). Al final de este captulo, se proporcionarn referenciasadicionales en donde se encuentran descripciones detalladas de los procedimientos de prueba;adems, dichas referencias estn a disposicin en la biblioteca de la DGAA.

4.4 Pruebas Estticas

4.4.1 Propsito

El objetivo de la prueba esttica es caracterizar el potencial de generacin de cido de unamuestra. Es el primer paso en todo programa de pruebas para determinar el potencial DAR.Estas pruebas se conducen de manera simple, rpida y con costos relativamente bajos.Muchas de estas pruebas pueden utilizarse para caracterizar el material y, a partir de ello, paraseleccionar muestras que servirn para pruebas (cinticas) posteriores.

Una prueba esttica define el balance entre los minerales potencialmente generadores decido y aquellos potencialmente consumidores de cido en una muestra. Los minerales queproducen cido son, por lo general, minerales sulfurosos reactivos.Los minerales que consumen cido son principalmente carbonatos, si bien los hidrxidos,silicatos y arcillas tambin pueden proporcionar potencial de neutralizacin. En teora, una

muestra ser generadora neta de cido slo si su potencial para la generacin de cido excedea su potencial de neutralizacin.

Las tcnicas estticas de prediccin son tiles slo para predicciones cualitativas del potencialDAR; no pueden utilizarse para predecir la calidad del agua de drenaje. Como su nombre loimplica, estas pruebas no estn diseadas para tratar las caractersticas geoqumicas quedependen del tiempo, las cuales controlan la calidad del agua de drenaje. Se requiere de laspruebas cinticas para determinar la velocidad y magnitud de la oxidacin y la generacin decido, as como para la prediccin de la calidad de agua.

4.4.2 Procedimiento de Prueba

Los principales pasos en las pruebas estticas son:

. anlisis del contenido metlico de la muestra slida;

. medicin del pH en pasta. determinacin del contenido total de azufre y de las especies sulfurosas;

. titulacin para la determinacin del potencial de neutralizacin.

En esta etapa, con frecuencia, tambin se efectan anlisis geoqumicos de rocas enteras oanlisis elementales en muestras seleccionadas, en combinacin con los anlisismineralgicos. Sobre la base de la comprensin terica y de pruebas en muestras similares,puede ser posible estimar, a partir de estas pruebas, el potencial relativo de liberacin demetales; por ejemplo, si hay presencia de productos secundarios de intemperismo, los cualesse sabe que son solubles en ambientes ligeramente alcalinos o cidos, la muestra podragenerar potencialmente drenaje contaminado.

Inicialmente, se mide el pH en pasta de la muestra, para determinar si antes del anlisis haocurrido generacin de cido, Por lo general, si el valor del pH es mayor que 8, la muestraprobablemente contenga carbonatos reactivos; si es menor que 5, probablemente haya habidogeneracin de cido en la muestra, o en el material circundante.

En una muestra, se mide el contenido total de azufre y las especies sulfurosas; luego, secalcula la acidez potencial mxima en la forma de cido sulfrico. Por lo comn, el total deazufre se analiza utilizando un horno para determinar azufre tipo Leco. Las especies de azufrese precisan usando diferentes procedimientos de digestin y precipitacin (APHA, 1985).


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El potencial de neutralizacin se determina utilizando un procedimiento de titulacin bsico enuna muestra previamente acidificada. En primer lugar, se realiza una "prueba rpida" paraestimar la cantidad y la fuerza del cido necesario para reaccionar con todos los materialesconsumidores de cido presentes en la muestra. En el procedimiento EPA (Sobek et al, 1978),se trata la muestra con un excedente de cido clorhdrico estandarizado, luego se la calientapara asegurar la reaccin completa. Se ha sugerido una modificacin del procedimiento, en lacual la muestra no se calienta, sino que se agita por 24 horas. Despus de que se hayacompletado la acidificacin, se titula el cido que no ha sido consumido con una baseestandarizada a un pH 7 (por lo general, en dos o tres etapas), luego se calcula el equivalente

de carbonato de calcio del cido consumido. Un procedimiento alternativo, la Prueba Inicial deInvestigacin B.C., es la titulacin directa de cido sulfrico de la muestra, desde un pH naturalhasta un punto de viraje de pH 3,5.

Se han desarrollado muchos procedimientos de pruebas estticas para determinar lasproporciones de los minerales generadores de cido y de aqullos neutralizadores. Losprocedimientos a los que se hace referencia en este documento son:

. Prueba de Balance Acido-Base (mtodo Sobek o EPA)

. Prueba Modificada de Balance Acido-Base

Algunas otras pruebas, usadas en el pasado o que actualmente se encuentran en desarrollo,son:

. Prueba Inicial de Investigacin B.C.

. Mtodo Modificado de Oxidacin con Perxido de Hidrgeno. Prueba de Generacin Neta de Acido

El procedimiento para pruebas estticas ms comnmente usado es el de cido-base (Sobek),o el procedimiento modificado para prueba de balance cido-base (BAB). Cada uno de ellosdetermina los minerales potencialmente generadores de cido (expresados como potencial deacidez mxima, PA) y los minerales potencialmente consumidores de cido (expresados comopotencial de neutralizacin PN).

4.4.3 Resultados

En el cuadro 4.2, se presenta un ejemplo de los resultados obtenidos por las pruebas debalance cido-base.

El pH en pasta de la muestra proporciona una indicacin de la acidez total almacenada en stay la extensin en la que ha ocurrido la oxidacin en la muestra, antes del anlisis.

Azufre

El contenido de azufre de la muestra indica la acidez potencial total. Usualmente, se expresacomo el PA o potencial de cido y se puede calcular por:

PA = % de azufre x 31.25

El factor 31,25 se basa en la acidez generada, segn se deriv por estequiometra qumica,para la oxidacin completa de la pirita y la subsiguiente hidrlisis del Fe3+ generado. Por tanto,este factor relaciona la acidez total producida con la alcalinidad equivalente como CaCO3requerida para la neutralizacin.

En la prueba inicial de investigacin B.C., el PA se indica como unidades de masa de H2SO4por 1,000 unidades de masa de la muestra (por ejemplo, kg por tonelada); en tanto que elresultado se expresa en trminos del equivalente en kg de CaCO3 por tonelada de muestra,para los procedimientos, Sobek y modificado, de prueba de balance cido-base.


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Sin embargo, es importante reconocer que el anlisis del azufre total incluye todas las especiessulfurosas, comprendidos los sulfatos. El clculo de la acidez a partir del contenido total deazufre puede sobreestimar la cantidad que realmente es generadora de cido, ya que el azufre,presente en la forma de sulfato, no contribuir a la generacin de cido. Si el contenido deazufre es mayor que 0.05%, puede determinarse la especie sulfurosa o el contenido de sulfuroreactivo; el contenido de sulfuro puede usarse para estimar la acidez potencial. Generalmente,se determina la especie de azufre. Por tanto, para la mayora de pruebas BAB, un clculo msrealista del PA deber basarse slo en el azufre como sulfuro; es decir:

PA = % de azufre como sulfuro x 31.25

Potencial de Neutralizacin

El potencial de neutralizacin (PN) se mide por titulacin de la muestra y se calcula a partir dela masa de la muestra y el volumen y normalidad del cido y la base aadidos. El PN seexpresa en trminos del equivalente en kg de CaCO3 por tonelada de muestra.

El potencial de neutralizacin neta (PNN) de un muestra est dado por:

PNN = PN - PA

Adems, la proporcin entre las especies que consumen cido y aqullas que lo generan se

calcula por PN/PA.

Los resultados de cada prueba de balance cido-base debern incluir:

. descripcin de la muestra

. pH en pasta

. anlisis de azufre - incluyendo el de especies de sulfuros, si se llev a cabo

. clculo de PN, PA y PNN

. proporcin de PN/PA

Los procedimientos detallados del mtodo estndar U.S. E.P.A., incluyendo los clculos y lapresentacin de resultados, se encuentran disponibles en la literatura, con referencia especficaa "Field and Laboratory Methods Applicable to Overburden and Minesoils", EPA-600/2.78-054,

(1978).

La descripcin de este mtodo y del modificado, as como de otros mtodos y opciones deprediccin esttica, estn disponibles en el Draft Technical Guide, (B.C. AMD Task Force,1989); y se describen con mayor detalle en el Prediction Test Procedure Manual (CANMET-MEND, 1990).

4.4.4 Interpretacin de Pruebas Estticas

La interpretacin de los resultados de pruebas estticas se basa en la diferencia -y en laproporcin- entre el potencial de acidez y el de neutralizacin. La diferencia entre la acidezpotencial mxima y el potencial de neutralizacin bruta nos da el potencial de neutralizacinneta.

Por eso, las pruebas estticas se refieren a la composicin geoqumica de una muestra, y no ala velocidad ni a la magnitud de las reacciones que pueden producir o consumir acidez. Poreso, los procedimientos para pruebas estticas son igualmente aplicables en cualquier reginclimtica o geolgica. Sin embargo, debera considerarse que la experiencia es importante enla conduccin de cualquiera de estos procedimientos de prueba; as como se requiere de cierto

juicio para seleccionar la normalidad de cido y base en los procedimientos de balance cido-base. Se deberan contratar los servicios de laboratorios experimentados para todo programade pruebas.

La interpretacin tradicional de los resultados de pruebas BAB se basaba en el potencial deneutralizacin neta, segn se muestra en la figura 4.1. En teora, una muestra es generadora


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neta de cido si su PNN es menor que cero. Sin embargo, la experiencia demuestra quevalores de PNN entre -20 y +20 toneladas de CaCO3/1000 toneladas de muestra (-2 a +2% deCaCO3) pueden ser generadores de cido. Este rango de incertidumbre puede atribuirse aerrores inherentes a los procedimientos de prueba, a las conversiones a acidez total, a erroranaltico y al tamao pequeo de la muestra.

Experiencia ms reciente demuestra que, adems del valor PNN, tambin deberaconsiderarse la proporcin entre PN y PA, segn se muestra en la figura 4.2. Las muestras conun potencial de neutralizacin de 2 a 3 veces mayor que su potencial de acidez, pueden ser

consideradas como consumidoras de cido. Es probable que las muestras con una proporcinmenor que 1:1 (es decir: PNN < 0) generen acidez. Sin embargo, como pauta general, lasmuestras con proporciones dentro del rango de 1:1 a 3:1 no son ni claramente generadoras niconsumidoras de cido, debido a otros factores que influyen en el potencial de generacin decido. En relacin a los relaves, generalmente se acepta una proporcin de 1,2:1 para definir ala roca que no genera cido.

4.4.5 Ejemplo de la Importancia del Muestreo Representativo y su Interpretacin

El muestreo representativo es la parte ms crtica, tal vez la ms difcil, de un programa depruebas. En la figura 4.3, se ilustra un ejemplo de muestreo inapropiado para una cierta mina,cuyos resultados BAB se incluyen.

En la figura, se muestran los resultados de las pruebas BAB en muestras "representativas" deroca de mina para cada ao entre 1986 y 1990. Sobre la base de la primera serie de muestras,se concluy que la roca de mina no generaba cido y no se implementaron medidas de controldel DAR. El muestreo de los aos sucesivos indica claramente un "cambio" en el potencial deDAR. Ahora, la mina se enfrenta a un problema de generacin de cido.

Si el programa original de muestreo hubiese reconocido la variabilidad de la roca, los cambiosen el contenido de azufre cerca de la zona del mineral y si hubiese sido diseado para ser msrepresentativo de toda la zona de explotacin, entonces se habra podido implementar latecnologa de control apropiada y se habran evitado o reducido los problemas actuales.

4.5 Pruebas de Extraccin

4.5.1 Propsito

Las pruebas de corto plazo de extraccin de lixiviado se utilizan para determinar losconstituyentes fcilmente solubles en una muestra. Muchos tipos de roca tienen constituyentesfcilmente solubles, disponibles para la lixiviacin inmediata, totalmente independiente decualquier generacin de cido que pudiera ocurrir.

Al exponerse al aire, comenzar la oxidacin de todo producto oxidable expuesto, contenido enel testigo de perforacin, muestras por lotes o roca minada. La velocidad de oxidacin y laacumulacin de productos de oxidacin depender de las condiciones de disponibilidad de airey agua y de las condiciones de lixiviacin a las cuales estn sometidas las muestras oroca.

4.5.2 Procedimientos de Prueba

Con los aos, se han introducido muchos procedimientos de pruebas de laboratorio en Canady los Estados Unidos. Todos ellos tienen el propsito de cuantificar la movilidad de loscontaminantes y, mediante ello, permitir la clasificacin del material con el fin de escoger elmtodo adecuado de disposicin y contencin de desechos. Dichas pruebas presentan unainfinidad de nombres, tales como el Procedimiento Especial de Extraccin de Desechos B.C.,TCLP, EPA 1312, ASTM 3987, Prueba WET y as sucesivamente. A pesar de que el objetivode estas pruebas es el mismo, el procedimiento, y por tanto la relevancia de los resultados dela roca de mina, vara de prueba a prueba. Entre las pruebas que se utilizan con mayorfrecuencia seencuentran:


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ASTM D3987 extraccin con agua destilada; Procedimiento Especial para Extraccin de Desechos B.C. (SWEP), que utiliza cido

actico como extractante; U.S. EPA 1312, procedimiento que utiliza cido ntrico/sulfrico como extractante; U.S. EPA 1312 o prueba de lixiviado TCLP, que utiliza extractante

derivado del cido cetico.

Existen muchas variaciones en el procedimiento. Por lo comn, la muestra se combina conagua o un cido dbil en una proporcin de 1:20 y se agita suavemente para mantener losslidos en suspensin por 18 a 24 horas. El pH de la solucin puede controlarse o ajustarseperidicamente y el lixiviado final puede analizarse por parmetros tales como pH, Eh,conductividad, sulfatos, alcalinidad, acidez y metales. Estas pruebas proporcionan unaindicacin de la carga fcilmente soluble en un material, as como la magnitud de la generacinde cido que ya ha ocurrido en la muestra. Esta carga, a corto plazo, constituira un problemapara la calidad del agua que se libera de la roca de mina inmediatamente despus de colocarlaen el botadero de desmonte y que est expuesta a lixiviacin por precipitacin. Lacuantificacin de la carga inicial almacenada tambin es necesaria para la interpretacin de losresultados de las pruebas cinticas.

La mayora de estudios que evalan los mritos y la utilidad relativa de cada prueba, se hanconcentrado en las aplicaciones para desechos peligrosos. En la actualidad, parece ser que laprueba EPA 1312 (diseada para suelos y desmonte de la mina) y un procedimiento deextraccin en frasco de agitacin con agua del emplazamiento o agua destilada, similar a la

ASTM 3987, son las pruebas de mayor uso.

4.5.3 Resultados

Los resultados de las pruebas de extraccin generalmente se presentan en trminos de laconcentracin de cada elemento en la solucin, as como en trminos del porcentaje totalextrado del slido (total de mg en solucin/total de mg en slido x 100%). A continuacin, sepresenta un ejemplo de las dos pruebas de extraccin realizadas en muestras con resultadosBAB similares, pero con cantidades muy diferentes de productos almacenados. En una prueba

cintica, podra resultar agua de calidad muydiferente de cada muestra: la muestra 1 parece no ser generadora de cido, mientras que lamuestra 2 produce drenaje cido. Las diferencias de estas dos muestras, que tenancontenidos similares de PN, PA (en base a azufre total) y contenidos metlicos, fueron lassiguientes:

contenidos de azufre como sulfato; grado en que ocurri oxidacin en cada muestra; y tipo de sulfuros: una muestra contena pirrotita y calcopirita, mientras que la otra contena

principalmente calcopirita, que es de oxidacin ms lenta.

4.6.1 Introduccin

El objetivo de las pruebas estticas es identificar las unidades geolgicas de un asiento conpotencial para generar acidez neta; as como cuantificar el contenido de metales que puedenlixiviarse. El objetivo de las pruebas cinticas es confirmar el potencial de generacin de cidoy predecir la calidad del agua de drenaje, a corto y largo plazo, en el campo. Las pruebascinticas geoqumicas comprenden someter a intemperismo a las muestras, bajo condicionescontroladas de laboratorio o en el asiento,con el fin de confirmar el potencial para generar acidez, determinar las velocidades degeneracin de cido, oxidacin de sulfuros, neutralizacin y agotamiento de metales y,adems, con el fin de probar las tcnicas de control/tratamiento.

Las pruebas cinticas geoqumicas constituyen la tercera etapa de un programa de prediccino de evaluacin del asiento minero. Despus de que se hayan clasificado la geologa y el


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desarrollo y la produccin de desechos, y luego de la conclusin de las pruebas estticas, sepueden seleccionar las muestras para las pruebas cinticas. Mientras que las pruebasestticas proporcionan informacin sobre las caractersticas de la roca y el potencial total parala generacin de cido, independientemente del tiempo; las pruebas cinticas definenexplcitamente las velocida

guia manejo drenaje acido

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