Diseño y evaluación de presas de jales

Abstract

Con el fin de obtener los metales y otros minerales necesarios para los procesos industriales, fertilizantes, casas, automóviles y otros productos de consumo, grandes cantidades de roca son minados, triturados, pulverizados, y procesados para recuperar metales y otros valores de minerales. A menudo es necesario llevar a cabo una rutina muy compleja, para liberar los metales y minerales, dado que la industria minera produce enormes cantidades de partículas de roca fina, en tamaños que oscilan desde arena de tamaño pequeño hasta unas pocas micras. Estos residuos de grano fino son conocidos como "jales". Hasta las últimas décadas, la mayoría de las minas eran operaciones subterráneas pequeñas con requerimientos consecuentemente modestos para la disposición de jales. Desde ese entonces, debido a la creciente demanda, se ha convertido económico sobre todo en minas grandes aprovechar esos depósitos que se consideraban de baja ley, mediante el uso de los avances efectuados por los fabricantes de equipos de minería y el desarrollo de tecnología de extracción y tratamiento. Esto ha incrementado considerablemente la cantidad de jales y otros residuos generados por los proyectos mineros individuales y por la industria minera en su conjunto. Hay aproximadamente 1000 minas activas de metales, en los Estados Unidos (Randol, 1993) muchas de ellas tienen al menos un depósito de jales y a menudo varios depósitos agrupados conjuntamente en secciones. EPA estima que puede haber varios miles de depósitos de jales activos no asociados a la minería de carbón, y decenas de miles de depósitos inactivos o abandonados. Por mucho, la mayor proporción de mineral extraído en la mayoría de sectores de la industria se convierte en última instancia en jales que deben ser dispuestos. En la industria del oro, por ejemplo, sólo unas pocas centésimas de una onza de oro se pueden producir por cada tonelada generada de jales secos. Del mismo modo, en la industria del cobre y generalmente en otras minas con minerales relativamente de baja ley que contienen tan solo un pequeño porcentaje de valores de metal; el residuo se convierte en jales. Por lo tanto, en general la disposición de jales es una parte importante en la operación de extracción y tratamiento, en la· mayoría de los proyectos mineros de roca dura. Hay varios métodos utilizados para la disposición de jales. Estos incluyen la disposición de jales secos o espesados en depósitos o pilas auto soportantes, el relleno en trabajos mineros subterráneos y de cielo abierto, disposición subacuática, y el método más común, es la disposición de lodos de jales en depósitos. Modernos depósitos de jales están diseñados de estructuras artificiales para desechar de forma permanente los residuos de grano fino de las operaciones de extracción y tratamiento. En algunos proyectos, los diques de jales alcanzan varias decenas de metros de altura y los depósitos cubren varios kilómetros cuadrados. Históricamente, los jales eran dispuestos en donde fuera más conveniente y rentable, frecuentemente en flujos de agua o directamente en drenajes. Como surgieron preocupaciones locales acerca de la sedimentación en los cursos de agua aguas abajo, el uso del agua y otros asuntos, las operaciones mineras comenzaron con la incautación de jales en presas de tierra, las cuales fueron frecuentemente construidas de jales y otros materiales de desperdicio. Los depósitos sirven con el doble propósito de contener los jales y, particularmente en el oeste árido, permitir la reutilización del agua escasa. Más recientemente, han surgido preocupaciones acerca de la estabilidad y el desempeño ambiental de las presas y depósitos de jales. Las preocupaciones sobre la estabilidad se han elevado en parte por el uso de material residual en las presas y diques de jales; para mitigar esas preocupaciones, tales diques dependen frecuentemente de cierta cantidad de filtración controlada para intensificar la estabilidad, que a su vez afecta su desempeño ambiental. Ritcey (1989) ha especulado que la necesidad de depósitos sólidos en la industria del uranio "probablemente" responde en gran parte a la reciente atención que se presta al diseño de depósitos en otros tipos de instalaciones. Quizás desencadenada por la atención inicial a los depósitos de uranio, la creciente preocupación por el desempeño ambiental ha conducido a una mejor ingeniería en el diseño de presas de jales en otros sectores de la industria minera, tanto para la estabilidad y el desempeño ambiental. Por ejemplo, la experiencia ganada en revestimientos de las pilas de lixiviación está siendo transferida en recubrimientos para estanques de jales, y el uso de materiales de revestimiento sintético está creciendo (aunque el uso de revestimientos aún está lejos de ser una norma industrial). Adicionalmente, el uso de cianuro y otros reactivos tóxicos en los procesos de molienda han planteado preocupaciones especiales sobre algunos jales y está dando lugar a un mayor tratamiento previo a su disposición, así como a una mayor atención a su contención. Finalmente, las continuas preocupaciones sobre los drenajes ácidos de mina están dando como resultado una creciente investigación y conceptos emergentes de control a largo plazo o mitigación. Los depósitos de jales inactivos también están recibiendo más atención debido a los efectos a largo plazo de la dispersión por el viento, la contaminación del agua subterránea y el drenaje acido. En muchos casos, los costos de remediación pueden ser considerables, excediendo los costos originales del diseño y la operación del depósito de jales. Si bien este informe analiza aspectos generales de las presas y depósitos de jales, los diseños reales para la disposición de jales son altamente específicos para cada sitio. El diseño depende de la cantidad y las características individuales de los jales producidos por las operaciones de mina y planta, así como las características climáticas, topográficas, geológicas, hidrogeológicas y geotécnicas del sitio de disposición, y los requisitos regulatorios relacionados con la seguridad de la presa y el desempeño ambiental. Lo que puede funcionar para un tipo de jales puede no funcionar para otro tipo, y puede no funcionar para los mismos jales en diferentes sitios. De ahí que cada situación requiere su propio proceso de diseño. La cantidad estimada de jales a ser desechados es particularmente importante dada la naturaleza cambiante de la mayoría de los proyectos mineros. Los cálculos de las cantidades de jales se basan en las reservas estimadas que cambian continuamente a medida que progresa el desarrollo de la mina. En consecuencia, el tamaño final y el diseño de los depósitos de jales pueden diferir sustancialmente de las proyecciones iniciales. Esto representa grandes desafios para los administradores de tierras federales y los responsables de conceder los permisos estatales, los cuales se enfrentan a la revisión y supervisión de la planeación, diseño y desempeño del depósito de jales, y para la población en general, quienes pueden pagar en última instancia por errores de cálculo que resulten en daños ambientales. El propósito de este informe es proporcionar una introducción para los administradores de tierras federales, los responsables de conceder los permisos, y para la población en general sobre el tema de presas y depósitos de jales, particularmente con respecto a los aspectos de ingeniería y su capacidad de mitigar o minimizar los efectos adversos para el medio ambiente. El informe está basado en la literatura actual sobre ingeniería en depósitos de jales. Mientras se amplía en el alcance, el informe se limita necesariamente en su profundidad: una guía completa para el diseño y evaluación de depósitos de jales incorporaría la mayoría de materiales de varios análisis sobre ingeniería de presas de jales y desempeño ambiental, incluyendo aquellos textos por Vick (1990), Ritcey ( 1989) y CANMET (1977) entre otros. También hay que señalar que la ingeniería de presas de jales está en continua evolución. El énfasis relativamente reciente sobre el desempeño ambiental está dando lugar a muchos cambios en el campo, muchos de los cuales todavía no están completamente comprobados. Vick (1990) puede ser el análisis más reciente y más completo de los temas tratados por este informe. En consecuencia, ciertas secciones de este informe se basan en gran medida en el enfoque de Vick. La siguiente sección de este informe proporciona una visión general de los diversos métodos utilizados para disponer los jales mineros y los tipos de depósitos que se utilizan. La Sección 3 describe los conceptos básicos utilizados en el diseño de depósitos, incluyendo una serie de variables específicas del lugar de interés. La Sección 4 analiza las presas de jales y su estabilidad, mientras que la Sección 5 aborda brevemente la gestión del agua en las presas de jales. En la Sección 6 se presenta un caso de estudio sobre el recubrimiento de un depósito de jales. Por último, en la Sección 7 se enumeran todas las referencias citadas en el texto.