Diseño de cobertura de cierre para el control de la generación de drenaje acido de mina en un depósito de desmonte

Abstract

El Perú es un país que en los últimos años ha sostenido su economía basándose principalmente en el desarrollo de proyectos mineros, los cuales, como parte de su proceso productivo, generan grandes volúmenes de residuos mineros que al no ser manejados adecuadamente podrían generar impactos ambientales. Con la finalidad de establecer condiciones adecuadas para que el desarrollo y cese del proyecto minero, la normatividad vigente como la Ley 280901, y su reglamento DS 033-2005-EM, exigen que el titular minero presente un plan de cierre de minas que incluya el presupuesto y las medidas para el aseguramiento de la estabilidad física y química de los residuos y componentes mineros susceptibles de generar impactos negativos. La estabilidad física busca evitar el deslizamiento de los materiales por causas naturales o geológicas, mientras que la estabilidad química busca evitar la generación de emisiones y efluentes que impliquen el incumplimiento de los Estándares de Calidad Ambiental (ECA) y Límites Máximos Permisibles (LMP). Entre los principales residuos mineros asociados a los impactos ambientales se encuentran los relaves y los desmontes de mina, los cuales podrían generar drenaje ácido en caso de que estos materiales queden expuestos al ambiente sin ninguna medida de manejo adecuada. La apropiada caracterización del residuo minero, así como la predicción de la calidad del drenaje, y un manejo adecuado de estos materiales pueden evitar la formación de drenaje ácido. La presente investigación tiene como objetivo principal aplicar la metodología de diseño de cobertura de cierre propuesto por la Guía para el Diseño de Coberturas de Depósitos de Residuos Mineros del MINEM (2007), y determinar su influencia en la reducción del impacto ambiental asociado al agua, en un depósito de desmonte de una mina a tajo abierto ubicada en Cusco, a una altitud aproximada de 4000 msnm. La evaluación de la influencia de la colocación de un sistema de cobertura de cierre en un depósito de desmonte fue realizada por medio de tres escenarios (escenarios 1, 2 y 3) los cuales se basaron en modelar la infiltración de una cobertura existente aplicando el código numérico VADOSE/W (GEOSTUDIO 2012). La cobertura existente que fue construida en campo a pequeña escala por parte de la Unidad Minera presenta un espesor total de 0.8 m y está conformado por 0.4 m de material de préstamo en la superficie, 0.2 m de grava en la parte intermedia, y 0.2 m de arcilla en la base. Previo a la evaluación de escenarios (1,2 y 3) se realizó un proceso de calibración del modelo considerando como datos de entrada los registros de información de la cobertura existente, con la finalidad de que el código numérico pueda reproducir los mismos niveles de infiltración de agua registrados en campo (60 mm/año). Posteriormente, en el mismo modelo calibrado, se incluyó al depósito de desmonte en la base de la cobertura de la celda de prueba y se evaluó su comportamiento en conjunto mediante los escenarios 1 2 y 3. El Escenario 1 consideró la colocación de una cobertura de cierre y una precipitación promedio multianual (826 mm). El Escenario 2, consideró la colocación de una cobertura de cierre y una precipitación que corresponde a un escenario extremo húmedo de 500 años de periodo de retorno (1553 mm). Finalmente, el Escenario 3, no consideró la colocación de una cobertura de cierre y la precipitación correspondiente fue la del promedio multianual (826 mm). En ninguno de los escenarios evaluados se consideró la precipitación extrema asociada a Eventos del Fenómeno El Niño (EFEN) debido a que los valores de precipitación anual (767.1 mm para el periodo 1997-1998 y 734.6 mm para el periodo 2016-2017) se encuentran por debajo del promedio (826 mm), lo cual indicaría que la ubicación del depósito desmonte no se encuentra influenciada por las precipitaciones extraordinarias generadas por este tipo de fenómeno meteorológico. De acuerdo con el análisis de resultados de los escenarios evaluados, la colocación de un sistema de cobertura de cierre sobre un depósito de desmonte si influye significativamente en la reducción de los volúmenes de agua asociados a la infiltración, situación que se puede ver reflejada con el incremento de la infiltración de 5% a 24 % cuando no se cuenta con una cobertura de cierre. Los espesores propuestos de los materiales de suelo empleados (0.8 m), así como la infiltración estimada (5%) antes de ingresar al depósito de desmonte se encuentran en el orden de magnitud de los casos documentados por la guía del MINEM (2007), donde los espesores de los sistemas de coberturas varían entre 0.625m para la mina Run Jungle de Australia, y 2.1 m para la Mina Lorraine de Canadá, y la infiltración medida varía entre 0.4 % para la mina Barrick Goldstrike de Estados Unidos y 6.5 % para la mina Run Jungle de Australia. El volumen de agua asociado al porcentaje de infiltración (5%) esperado no representaría ningún riesgo ambiental dado que, de acuerdo con los ensayos geoquímicos, el material del depósito de desmonte no cuenta con el potencial de generación de drenaje ácido (No PAG), y el agua de contacto generado cumpliría con los LMP y ECAs.

Peru is a country that in recent years has sustained its economy based mainly on the development of mining projects, which, as part of their production process, generate large volumes of mining waste that, if not properly managed, could generate environmental impacts. In order to establish adequate conditions for the development and cessation of the mining project, current regulations such as Law 280901, and its regulation DS 033-2005-EM, require the mining owner to submit a mine closure plan that includes the budget and measures to ensure the physical and chemical stability of the waste and mining components likely to generate negative impacts. Physical stability seeks to prevent the slippage of materials due to natural or geological causes, while chemical stability seeks to avoid the generation of emissions and effluents that imply non-compliance with Environmental Quality Standards (ECA) and Maximum Permissible Limits (LMP). Among the main mining wastes associated with environmental impacts are tailings and mine clearances, which could generate acid drainage if these materials are exposed to the environment without any proper management measures. Proper characterization of the mining waste, as well as prediction of drainage quality, and proper handling of these materials can prevent the formation of acid drainage (DAR). The main objective of this research is to apply the closure cover design methodology proposed by the Guide for the Design of Mining Waste Deposit Covers of the MINEM (2007), and to determine its influence on the reduction of the environmental impact associated with water, in a waste deposit of an open pit mine located in Cusco at an altitude of approximately 4000 meters above sea level. The evaluation of the influence of the placement of a closure cover system in a waste deposit was carried out through three scenarios (scenarios 1, 2 and 3) which were based on modeling the infiltration of an existing cover by applying the numerical code VADOSE/W (GEOSTUDIO 2012). The existing cover, which was built in a small-scale field by the Mining Unit, has a total thickness of 0.8 m and is made up of 0.4 m of borrow material on the surface, 0.2 m of gravel in the middle part, and 0.2 m of clay at the base. Prior to the evaluation of scenarios (1, 2 and 3), a calibration process of the model was carried out, considering as input data the information records of the existing coverage, so that the numerical code can reproduce the same levels of water infiltration recorded in the field (60 mm/year). Subsequently, in the same calibrated model, the waste tank was included in the base of the test cell cover and its behavior was evaluated as a whole using scenarios 1, 2 and 3. Scenario 1 did consider the placement of a closure cover and a multi-year average rainfall (826 mm). Scenario 2 did consider the placement of a closure cover and precipitation that orresponds to an extreme wet scenario of 500 years of return period (1553 mm). Finally, Scenario 3 did not consider the placement of a closure cover and the corresponding recipitation was that of the multi-year average (826 mm). In none of the evaluated scenarios was the extreme precipitation associated with El Niño Phenomenon Events (EFEN) considered because the annual precipitation values (767.1 mm for the period 1997-1998 and 734.6 mm for the period 2016-2017) are below the average (826 mm), which would indicate that the location of the Desmonte deposit is not influenced by the extraordinary rainfall generated by this type of meteorological phenomenon. According to the analysis of the results of the scenarios evaluated, the placement of a closure cover system over a waste tank does significantly influence the reduction of water volumes associated with infiltration, a situation that can be reflected with the increase in infiltration from 5% to 24% when there is no closure cover. The proposed thicknesses of the soil materials used (0.8 m), as well as the estimated infiltration (5%) before entering the waste deposit are in the order of magnitude of the cases documented by the MINEM guide (2007), where the thicknesses of the cover systems vary between 0.625 m for the Run Jungle mine in Australia, and 2.1 m for Canada's Lorraine Mine, and measured infiltration ranges from 0.4% for the Barrick Goldstrike mine in the United States, and 6.5% for Australia's Run Jungle mine. The volume of water associated with the expected infiltration percentage (5%) would not represent any environmental risk since, according to the geochemical tests, the material from the waste deposit does not have the potential to generate acid drainage (No PAG), and the contact water generated would comply with the LMPs and ECAs.