U N I V E R S I D A D D E C O N C E P C I Ó N DEPARTAMENTO DE CIE S DE LA TIERRA 10° CONGRESO GEOLÓGICO CHILENO 2003

NCIA

DETERMINACION Y MITIGACION DEL POTENCIAL DE GENERACION ACIDO EN BOTADEROS DE ESTERILES MINA DEL PROYECTO DESARROLLO TENIENTE DIVISION EL TENIENTE,

CODELCO-CHILE

MORALES , A.i

1 Superintendencia Geología, División El Teniente, Codelco Chile, amorales@codelco.cl. RESUMEN El objetivo de este estudio es demostrar el potencial generación ácido en los tipos de roca presentes en los desarrollos de los túneles de acceso y ventilación de los proyectos Reservas Norte y Diablo-Regimiento asociados al Proyecto de Desarrollo Teniente, cumpliendo de tal manera los compromisos de responsabilidad ambiental emanados de las resoluciones N° 76/01 y N°1772/02 del Sernageomin y el Programa de Gestión Ambiental Divisional. El alcance es determinar los posibles impactos que significa el hecho de depositar marinas (botaderos de rocas) a la intemperie y mostrar las medidas de mitigación adoptadas durante la ejecución de los proyectos. La metodología que se empleó se basa en la toma de muestras de roca de dos tipos: 1. 0.5 kg. de polvo de roca (< 150 mallas) para un soporte de 10 m. 2. 2 kg. de esquirlas en tramos variables de rocas representativas de la unidad geológica. Los tipos de roca Diabasa 2ª-Gabro 2 º y Diorita 2ª (mena secundaria, rocas que muestran algún grado de interperismo) fueron sometidas en laboratorios del CIMM y SGS-Lakefield para realizar el test ABA modificado, test de Celdas Húmedas y TCLP. Se obtuvieron resultados de 36 muestras de rocas con Potencial de Generación Acido. El test cinético en celda húmeda para el tipo de roca diabasa 2ª-gabro 2º muestra un aumento constante del cobre en solución, hasta llegar a un valor cercano a 3 ppm, cifra sobre el límite máximo permitido en el D. S. Nº 90/2001. Las dioritas 2ª no muestran señales aún de haber iniciado un proceso de drenaje ácido. Los resultados obtenidos a la fecha indican que el tipo de roca más abundante en la zona, los diabasas-gabros, muestran un alto potencial de generación ácido, (razón PN/PA < 1) lo cual implica que por su mineralogía y contenido de pirita (1-10 % peso) tienen escasa capacidad de neutralización y son por ende susceptibles de generar ácido que pueda solubilizar los contenidos metálicos de las rocas. Para el caso de las rocas de El Teniente, estos metales son preferentemente: Cu, Zn, W, Ni, Co y SO4.

Todas las contribuciones fueron proporcionados directamente por los autores y su contenido es de su exclusiva responsabilidad.

Con estos resultados, los proyectos se encuentran implementando las medidas de mitigación y monitoreo ambiental que implican, según la química de neutralización y un contenido modal de 1% de pirita, la aplicación del orden de 62,5 kg de caliza/tonelada de roca. A futuro con la debida asignación de las Unidades Geológicas según su potencial de generación ácido, se podría hacer un manejo tal, que permita disminuir los costos asociados a la medida de mitigación. INTRODUCCION El depósito de cobre El Teniente se ubica en los Andes Centrales de Chile a la altura de la latitud 34ºS a 2 horas en vehículo al sur de Santiago (70 km al SE en línea directa), ver figura 1. El sector en estudio se ubica entre los 2200-2300 m.s.n.m. y está caracterizado por una marcada aridez estival con lluvias de monto variable concentradas entre abril-septiembre siendo una precipitación en un año normal del orden de 745 mm. El Teniente es considerado uno de los depósitos de cobre y molibdeno más grande del mundo, comenzó su explotación el año 1906 y contenía originalmente un total estimado de cobre de 93 Mton, de los cuales 18Mton ya han sido extraídos, dejando reservas por 75Mton con una ley promedio > 0.67 %, (Skewes et al., 2002). El Proyecto de Desarrollo Teniente (PDT) considera una expansión de la mina desde 98.000 tpd a una producción de 126.000 tpd. Esta expansión implica la puesta en operación de tres nuevos sectores productivos de la mina subterránea de El Teniente denominados: Reservas Norte, Pipa Norte y Diablo Regimiento. En este contexto, las inversiones autorizadas contemplan dentro de varias obras a ejecutar, la construcción de adits de ventilación y excavaciones en el nivel de transporte principal de mineral, ubicado en el nivel Teniente 8 a los 1985 m.s.n.m, (Pastén et al, 2001). Es precisamente el depósito de rocas estériles provenientes de estos desarrollos mineros y en específico los de los Adits 58 y 65 los cuales se estudian en el presente trabajo. Las razones por la cual se realizan estos estudios son para determinar los posibles impactos que significa el hecho de depositar alrededor de 0.5 Mton de marinas (botaderos de rocas) a la intemperie puesto que se tenía conocimiento previo de la presencia de minerales sulfurados (principalmente pirita, entre un 1-10 % peso) en las rocas que aparecerían en los desarrollos a efectuar en el sector. Las rocas presentes corresponden a intrusivos básicos de composición basáltica que varían entre gabros, diabasas y basaltos (ex -“Andesitas de la mina”) (Skewes, 2002) , que presentan la asociación de alteración clorita-epidota-pirita-magnetita-cuarzo, recristalización de sílice sobre las plagioclasas, con planos de hidróxidos de fierro lo cual evidencia el interperismo sufrido por la roca. El otro tipo de roca corresponde a rocas intrusivas ácidas, parte de denominado stock tonalita Sewell, denominada localmente Diorita Sewell (Skewes, 2002 ) que varían composicionalmente entre dacitas y tonalitas, las cuales presentan la asociación de alteración epidota-clorita-turmalina-cuarzo-sericita, biotita cloritizada, con escasa pirita-magnetita presente. Es ampliamente conocido en la literatura técnica (Ministerio de Minería,1998, Environment Australia, 1997), la existencia del fenómeno de Drenaje Acido que se produce producto de la exposición atmosférica y humedad de rocas que contienen sulfuros lo cual gatilla una serie de reacciones químicas que producen sulfatos y acidez (factor primario). Los otros factores que

inciden son: la presencia de otros minerales capaces de neutralizar la acidez generada o que consuman o alteren estos productos (factor secundario); las condiciones físicas juegan un rol (materiales, topografía de la mina, clima, altura etc.) que influye en la tasa de oxidación de los sulfuros como la migración de los productos de esta, como lo son los sulfatos, metales pesados etc. (factor terciario). El catastro realizado por el Ministerio de Minería arrojó para el sector donde se emplaza el yacimiento de El Teniente un alto potencial de generación ácido, lo cual se refleja en los resultados obtenidos en las campañas de muestreo y caracterización que se presentan en este informe. Los estudios realizados a la fecha comprenden el test ABA (Acid Base Account), test de Celdas Húmedas y TCLP (Procedimiento de Lixiviación para la Caracterización de Toxicidad). Estos métodos son ampliamente utilizados para definir tanto el potencial de generación ácido (los dos primeros) como para simular la lixiviación de elementos peligrosos que esta expuesto un residuo que se dispone en un botadero. La diferencia principal entre ambos métodos para el potencial ácido tiene que ver con la cuantificación. El test ABA es cualitativo e indica sólo la existencia ó no de un potencial de generación ácido mientras que la Celda Húmeda es un procedimiento dinámico que acelera la tasa de meteorización natural de una muestra de roca para diagnosticar productos que puedan ser producidos, recolectados y cuantificados, lo cual si es llevado en acorde con las especificaciones de su norma (ASTM D-5744-96) produce tasas aceleradas de meteorización de botaderos mineros en al menos un orden de magnitud que el observado en tasas observadas en terreno.

Figura 1. Sector estudiado ubicado al oeste de la cavidad de la Mina El Teniente en la ladera de la quebrada RíoTeniente. RESULTADOS A continuación se presenta la tabla 1 que presenta la ubicación, tipos de test, Nº de muestras y laboratorios utilizados para realizar este estudio: Tabla 1. Estudios realizados para determinar el potencial de generación ácido para el Proyecto Reservas Norte.

Tests/Estudios Nº de Muestras

Lugar Tipos de roca Fecha/Laboratorio

ABA-TCLP 4 Adit 71, Adit 62 y Dr-35 T-7

Diabasa-Gabro 1º y 2ª, Diorita 1ª, Brecha Braden, Dacita

Agosto 2000/ Laboratorio CIMM

ABA 27 Adit 62 Diabasa-Gabro 1º y 2º, Diorita 1ª y 2ª

Enero 2001/CIMM, Laboratorio Lakefield

ABA 3 Adit 58, Adit 65 Diabasa-Gabro 2 y Diorita 2º,

Agosto 2001/CIMM

ABA 1 Adit 58 Diorita 2ª Octubre 2001/CIMM Celda Húmeda 9 Adit 58, Adit 65 Diabasa-Gabro 2ª, Mayo 2002 Lakefield Celda Húmeda 9 Adit 58, Adit 65 Diorita 2ª, Agosto 2002 Lakefield Total 18 En la tabla 2 se presentan los resultados de los test geoquímicos realizados: Tabla 2. Resultados obtenidos para determinar el potencial de generación ácido

Tipos de roca

Test ABA

Representatividad de rocas con Potencial Alto- ABA (%)

Rango de razones PN/PA* (promedios)

Test TCLP-potencial de toxicidad

Test Celda Húmeda

Diabasa-Gabro 1º

Si 100 0,32 Nulo No analizada

Diabasa-Gabro 2º

Si 81 0,60 Nulo Si, baja de PH en solución, aumento de cobre, sulfato.

Diorita 1ª Si 67 0,61 Nulo No analizada Diorita 2ª Si 83 0,53 No

analizado Sí, pH neutro, escasa solubilización de elementos, aumento de boro

Brecha Braden/ Dacita

Si 0 1,59 Nulo No analizada

* Indica la relación entre el Potencial de Neutralización, PN y el Potencial de Acidificación, PA, obtenido del test ABA, si es < 1, entonces el potencial de generación ácido es Alto.

Como se puede observar en la Tabla 2, según la metodología de predicción cualitativa para determinar el potencial de generación ácido (test ABA), las muestras de los tipos de roca más característicos para el sector, especialmente las diabasas-gabros muestran un alto potencial de generación ácido, (razón PN/PA < 1) ver figura 2, lo cual implica que las rocas mencionadas por su mineralogía y contenido de pirita tienen escasa capacidad de neutralización y son por ende son susceptibles en algún momento de su historia de exposición a los agentes primarios (agua y oxígeno) de generar ácido (solución con bajo PH) que pueda solubilizar los contenidos metálicos de las rocas. Para el caso de las rocas asociadas al área mineralizada de El Teniente, los metales y elementos químicos que presentaron una solubilización son: B, Co, Cu, Mo, Mn, Zn y el complejo SO4. Los resultados de la aplicación del test TCLP dio como resultado la obtención de soluciones con contenidos de los elementos regulados menores a los niveles máximos fijados por la EPA, lo cual indica que las muestras no presentan la característica de toxicidad. El pH de la solución para la las diabasas-gabros presenta un comportamiento oscilante con bajas y subidas en el rango entre 5 a 6, mientras que para la diorita oscila alrededor del Ph 7, ver gráfico 1.

TUN

EL RIO BLANCO

2º1º

2º

1º

2º 1º

1º

2º

2º

1º

2º

1º

ABA-1

ABA-2

3

ABA-4

ABA

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ADIT 6

2

ADIT 65

ADIT 72

ADIT 58

LITOLOGIA TENIENTE 7 ( 2042m. )

N

CLASIFICACION DEL POTENCIAL DE GENERACION ACIDO

TIPO DE

ROCA

POTENCIAL ALTO

ANDESITA

DIORITA

BRECHA BRADEN/

80 - 100

60 - 80

0

HP HT

ABA-4

0.5

0.5

0.75 -1.0

0.5

0.5

ADIT 71

POTENCIAL

MARGINAL/BAJOTRAMA

DACITA

(%)

10 - 20

20 - 40

100

ESCALA 1:10.000

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Figura 2. Area de estudio (cuadrado azul) que indica la ubicación de los adits con la presencia de sectores con potencial de generación ácido alto (rojo-diabasas-gabros), marginal (amarillo-dioritas) y bajo (azul-brecha Braden, dacita) sobre la base de los resultados obtenidos de los test ABA.

La cinética de este proceso natural estará dada por los factores secundarios y terciarios y los resultados para las diabasas-gabros indican un aumento importante del sulfato y del cobre en solución por sobre el limite máximo permitido para la norma sobre Riles, DS 90, mientras que la diorita en este periodo de análisis (20 semanas) no presentó cambios mayores, ver gráficos 2 y 3 y tabla 3. Tabla Nº 3 Evolución del contenido de metales y elementos en solución (sol.) para los dos tipos de rocas analizados con relación al contenido total en roca (vol.) para un periodo de 20 semanas, (Lakefield, 2002).

Diorita As Ba B Ca Co Cu Mn Mo Si Zn

Vol. (ppm)

16,20 634,00 33,60 27000 17,90 407,00 2300 8,45 804,00 212,00

Sol. (ppm)

<0.002 0,018 0,02 4,88 0,002 <0.004 0,026 0,016 1,61 <0.004

<0.002 <0.002 <0.02 5,10 <0.002 <0.004 0,034 0,010 1,29 0,020 <0.002 0,015 0,103 4,84 <0.002 <0.004 0,041 0,032 1,38 0,018 <0.002 0,021 0,234 11,6 <0.002 0,011 0,097 0,005 2,7 0,02 <0.002 0,005 0,544 3,18 <0.002 0,008 0,048 <0.002 1,98 <0.004

Diabasa-Gabro Vol.

(ppm) 18 308 501,5 42983 33 963 1656 6,2 5612 159

Sol. (ppm)

0,003 0,026 0,127 8,95 0,006 0,416 0,283 0,003 9,30 0,059

<0.002 0,017 0,044 6,82 0,007 0,416 0,213 0,002 6,78 0,060 <0.002 0,021 0,032 6,14 0,009 1,100 0,198 <0.002 3,71 0,108 <0.002 0,007 <0.02 6,31 0,017 2,470 0,301 0,002 4,35 0,124 <0.002 0,013 <0.02 3,39 0,012 2,900 0,155 0,002 3,27 0,104

Gráfico 1. Evolución del pH en muestras de roca del Proyecto Reservas Norte sometidas a la Celda

Húmeda

0123456789

18-12

-2001

18-01

-2002

18-02

-2002

18-03

-2002

18-04

-2002

Periodo diciembre 2001-abril 2002

pH

pH Diabasa-Gabro 2ªpH Diorita 2ª

media diorita: 6,99 media diabasa-gabro: 5,68

Gráfico 2. Aumento del cobre en solución en test de Celda Humeda en 20 semanas

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

Ene-02 Feb-02 Mar-02 Abr-02

Periodo Enero-Abril 2002

ppm

Cu (ppm) Diabasa-Gabro 2ª

Cu (ppm) Diorita 2ª

Limite max. PermitidoDS 90, 1 ppm

Gráfico 3. Aumento del Sulfato en solución en test de Celda Húmeda en 20 semanas

0

200

400

600

800

1000

1200

18-12

-2001

18-01

-2002

18-02

-2002

18-03

-2002

18-04

-2002

Periodo diciembre 2001-abril 2002

g/t

ProducciónAcumulativa SO4= g/t Diabasa-Gabro

ProducciónAcumulativa SO4= g/t Diorita

Limite max. PermitidoDS 90, 1 000 ppm

QUIMICA DE LA REACCION DE LA PIRITA La pirita es el principal mineral causante de la generación ácido según consta en la capacidad total de producir protones de H+ que son los causantes de la disminución del pH y consecuente liberación de metales contenidos en los sulfuros mismos y las rocas (tablas 4 y 5). A continuación se presenta la reacción química total de la oxidación de la pirita en conjunto con la hidrólisis de los hidróxidos de fierro que se generan en el proceso en la siguiente ecuación, (1): (1) FeS2 + 15/4 O2 + 7/2 H2O → Fe(OH)3 + 2SO4 2- + 4 H+ Ahora, para efectos de neutralizar la producción teórica de protones H+ se debe contar con la presencia suficiente de calcita fina (calizas con > 90 % calcita) ya que es el mineral carbonatado más común y de reacción rápida. Su solubilidad depende de la concentración de protones como se muestra en la siguiente ecuación (2) CaCO3 + H+ ⇔ Ca2+ + HCO3

- (a pH neutro) En consecuencia por cada mol de pirita que se desea neutralizar se generan potencialmente 4 protones de H+, lo cual implica en la práctica de que cuando se tiene un material con potencial de generación alta, como el caso de las rocas de El Teniente, se deberá aplicar la siguiente fórmula, para calcular la cantidad de carbonato requerido para neutralizar el contenido de pirita, (3): (3) 2 x100 (mol peso molecular de la calcita / 32 (peso molecular del azufre) = 62.5, por ejemplo: 1% de pirita x 62,5 = 62,5 ton calcita /1000 ton de roca. Esto se debe a que a pH’s bajos se necesitan solamente 2 moles de calcita para neutralizar la acidez producido por 1 mol de pirita, lo cual teoréticamente dobla la capacidad buffer de la calcita ver ecuación (4): (4) CaCO3 + 2H+ ⇔ Ca2+ + H2CO3 Sin embargo, la ecuación 4 no es válida, puesto que la calcita controla el pH a pH 7, por ende hay que tomar en cuenta la ecuación 2 con el factor resultante de 62.5 de la ecuacion 3. La aplicación estándar para el cálculo del test ABA es con un factor 31.25 al aplicar solamente la ecuacion 4, sobrestimando por lo tanto el potencial de la neutralización por el doble (Dold, 1999). Tabla Nº 3. Contenido en ppm de metales promedio en piritas del yacimiento (Thiele, 1987) Zn Co Ni As Pb* Cu* 40-400 200-800 70-350 130-475 890 110 Nota: * Martínez, 2003. Tabla Nº 4. Contenido en ppm de metales promedio en calcopiritas del yacimiento, (Thiele, 1987) Zn Co Ni As 60-1010 40-120 50-110 120-180

En la práctica, esto ha significado a la fecha la aplicación alrededor de 500 ton de calizas de 90% de pureza en capas de 10 cm. de una granulometría promedio entre 1-1,5 cm, (Minmetal, 2002). Generalmente se tiende a usar cal, Ca(OH)2, pero no es recomendable ya que tiene una alta solubilidad con el agua y puede por lo tanto ser lavado con rapidez y no actuar debidamente. 3. CONCLUSIONES A la fecha se han obtenido resultados de 36 muestras de los tipos de roca característicos de las marinas (diabasas, gabros, dioritas) asociadas al cuerpo mineralizado de El Teniente verificándose que el proceso de generación ácido para las diabasas y gabros ha comenzado, mientras que para la diorita aún no. Los tests cinéticos durante el periodo experimental han mostrado para la para las diabasas y gabros un aumento constante del cobre en solución, hasta llegar a un valor por sobre el limite máximo permitido para la descarga de residuos líquidos a cuerpos de aguas fluviales de 1 ppm (DS 90/2001). Otro elemento que muestra un aumento en la solución, pero por debajo del limite máximo, es el zinc, lo cual es coherente con el contenido de estos elementos en rocas de El Teniente. Además se ha observado una acumulación constante del sulfato contenido en la solución, fenómeno muy común en las aguas presentes en la Hoya Hidrográfica de El Teniente. Además el pH para las diabasas y gabros ha mostrado una tendencia a bajar. No obstante esta afirmación, es pertinente sostener que falta asignar el horizonte de tiempo esperado para que dicho proceso ocurra el cual estará determinado por factores como el tamaño de partículas, mineralogía, condiciones climáticas entre otros. Con estos resultados los proyectos se encuentran implementando medidas de mitigación y monitoreo ambiental que implican según la química de neutralización y un contenido modal de 1% de pirita que se deberían aplicar al menos del orden de 62,5 kg. de caliza/tonelada de roca, lo que ha significado que a la fecha se hayan depositado alrededor de 500 ton de caliza en capas de 10 cm. sobre la superficie de los botaderos del proyecto. Durante el presente año se iniciará una campaña de monitoreo periódico de la calidad de agua efluyente de los botaderos del proyecto con el propósito de confirmar la eficiencia de la medida mitigadora adoptada y asegurar una calidad de aguas dentro del marco del DS-90. REFERENCIAS Dold, B., Fontboté, L., 2001. Element cycling and secondary mineralogy in porphyry copper tailings as a function of climate, primary mineralogy and mineral processing. Journal of Geoquimical Exploration 74 p. 3-55. Environment Australia, 1997. Managing sulphidic mine wastes and acid drainage, en: www.ea.gov.au/industry/sustainable/mining/booklets/acid/index.html Ministerio de Minería de Chile, 1998. Catastro Nacional de Potencial de Drenaje Acido de Minas. Morales, A, 2000. Potencial de generación ácido y toxicidad material Adits 58, 63, 72 y XC-8AN, T-8, informe interno GL-166/2000, Superintendencia Geología División El Teniente, Codelco-Chile. Morales, A, 2001. Resultados de test ABA para evaluar el potencial de generación ácido en Adit 62, informe interno GL-031/2001, Superintendencia Geología División El Teniente, Codelco-Chile. Morales, A. 2002. Estudios para determinar el potencial de generación ácido en botaderos de rocas de labores mineras del proyecto reservas norte de la mina de cobre subterránea el Teniente, Codelco-Chile, Actas XXI Curso internacional de postrado en metalogenia, Univ. Central del Ecuador, p.52-54. Lakefield Research, 2002. Progress Report, Proyecto Nº LRCSA P-3350, prepared for El Teniente. Informe interno para Superintendencia Geología División El Teniente, Codelco-Chile. .Minmetal, 2002. Especificación técnica manejo medioambiental de marinas, informe interno Nº SPC-PD-0071/02, Proyecto Diablo Regimiento, División El Teniente, Codelco-Chile Pastén, O., 2001. Ubicación y diseño de botaderos de marinas desquinche Adit 41 y Quebrada Diablo, Mina El Teniente. Informe interno PL-I-192/2001, Superintendencia General Planificación, División El Teniente, Codelco-Chile.

Skewes, A., Arévalo, A., Floody, R y Zúñiga, P., 2002. The Giant El Teniente Breccia Deposit: Hypogene copper distribution and emplacement., society of economic geologists, Special publication 9, p. 299-332. Thiele., K. 1987. Elementos traza en sulfuros hipógenos del yacimiento El Teniente, memoria de título, Universidad de Chile, Departamento de Geología y Geofísica, 180 p. Valenzuela, R. 2003. Mineralización sulfurada hipógena de cobre en el sector central del yacimiento El Teniente VI Región, memoria de título, Universidad de Concepción, Departamento de Ciencias de la Tierra, 130 p.