relaves

El efluente de los relaves de la minería de minerales sulfurados ha sido descrito como "el mayor problema ambiental de la industria minera". ^{[ 5 ]} Estos relaves contienen grandes cantidades de pirita (FeS ₂ ) y sulfuro de hierro(II) (FeS), que se desechan de los minerales buscados de cobre y níquel, así como del carbón. Aunque inocuos bajo tierra, estos minerales reaccionan con el aire en presencia de microorganismos, lo que, si no se gestiona adecuadamente, provoca drenaje ácido de minas .

Se estima que entre 100 y 280 millones de toneladas de residuos de fosfoyeso se producen anualmente como consecuencia del procesamiento de la roca fosfática para la producción de fertilizantes fosfatados. ^{[ 6 ]} Además de ser inútil y abundante, el fosfoyeso es radiactivo debido a la presencia de uranio , torio y sus isótopos hijos de origen natural . Dependiendo del precio que se pueda obtener en el mercado del uranio , la extracción de este elemento puede ser económicamente lucrativa incluso sin otros incentivos, como la reducción del daño que los metales pesados ​​radiactivos causan al medio ambiente.

Los residuos de bauxita son un producto de desecho generado en la producción industrial de aluminio . Gestionar las aproximadamente 70 millones de toneladas (150 mil millones de libras) que se producen anualmente es uno de los problemas más importantes en la fabricación de aluminio. ^{[ 7 ]}  

barro rojo

El lodo rojo , ahora denominado con mayor frecuencia residuo de bauxita, es un desecho industrial generado durante el procesamiento de la bauxita en alúmina mediante el proceso Bayer . Está compuesto por diversos compuestos de óxido , incluidos los óxidos de hierro que le dan su color rojo. Más del 97 % de la alúmina producida a nivel mundial se obtiene mediante el proceso Bayer; por cada tonelada (2200  lb) de alúmina producida,  se generan aproximadamente entre 1 y 1,5 toneladas (2200 a 3300 lb) de lodo rojo; el promedio mundial es de 1,23. La producción anual de alúmina en 2023 superó los 142  millones de toneladas (310  mil millones de libras), lo que resultó en la generación de aproximadamente 170  millones de toneladas (370  mil millones de libras) de lodo rojo. ^{[ 8 ]}

Debido a este alto nivel de producción y a la elevada alcalinidad del material , si no se almacena correctamente, puede representar un importante riesgo ambiental. Por consiguiente, se están realizando importantes esfuerzos para encontrar mejores métodos de almacenamiento seguro y su tratamiento, como la valorización de residuos, con el fin de crear materiales útiles para el cemento y el hormigón . ^{[ 9 ]}

Con menos frecuencia, este material también se conoce como residuos de bauxita, lodo rojo o desechos de refinería de alúmina. Cada vez se utiliza más el nombre de bauxita procesada, especialmente cuando se emplea en aplicaciones cementeras.

El mayor peligro de los estanques de relaves es la falla de la presa, siendo la falla más sonada en los EE. UU. la de una presa de lodos de carbón durante la inundación de Buffalo Creek en Virginia Occidental en 1972, que causó la muerte de 125 personas; otros colapsos incluyen el desastre ambiental de Ok Tedi en Nueva Guinea , que destruyó la pesca del río Ok Tedi . En promedio, a nivel mundial, se produce un gran accidente relacionado con una presa de relaves cada año. ^{[ 24 ]}

Otros desastres causados ​​por fallas en presas de relaves son el derrame de cianuro de Baia Mare en el año 2000 y el accidente de la planta de alúmina de Ajka . En 2015, la falla de la presa de relaves de mineral de hierro en el complejo minero Germano en Minas Gerais, Brasil, fue el mayor desastre ambiental del país. La ruptura de la presa causó la muerte de 19 personas debido a la inundación de lodo de relaves aguas abajo y afectó unos 400  km del sistema fluvial del Doce con efluentes tóxicos que llegaron hasta el Océano Atlántico.

Delimitadas por embalses (un embalse es una presa), estas presas suelen utilizar «materiales locales», incluidos los propios relaves, y pueden considerarse presas de terraplén . ^{[ 1 ]} Tradicionalmente, la única opción para el almacenamiento de relaves era contener la pulpa de relaves con materiales de tierra disponibles localmente. ^{[ 26 ]} Esta pulpa es una corriente diluida de sólidos de relaves en agua que se enviaba al área de almacenamiento de relaves. El diseñador moderno de relaves tiene una gama de productos de relaves para elegir, dependiendo de cuánta agua se extraiga de la pulpa antes de la descarga. Es cada vez más común que las instalaciones de almacenamiento de relaves requieran barreras especiales, como geomembranas bituminosas (BGM), para contener las pulpas de relaves líquidas y evitar el impacto en el medio ambiente circundante. ^{[ 27 ]} La eliminación del agua no solo puede crear un mejor sistema de almacenamiento en algunos casos (por ejemplo, apilamiento en seco, véase más abajo), sino que también puede ayudar en la recuperación del agua, lo cual es un problema importante ya que muchas minas se encuentran en regiones áridas. Sin embargo, en una descripción de 1994 de los depósitos de relaves, la EPA de EE. UU. afirmó que los métodos de deshidratación pueden ser prohibitivamente caros, excepto en circunstancias especiales. ^{[ 1 ]} También se ha utilizado el almacenamiento subacuático de relaves. ^{[ 1 ]}

Los estanques de relaves son áreas de desechos mineros donde el material de desecho transportado por el agua se bombea a un estanque para permitir la sedimentación (es decir, la separación) de los sólidos del agua. El estanque generalmente se represa con una presa y se conoce como embalse de relaves o presa de relaves. ^{[ 1 ]} Se estimó en 2000 que había alrededor de 3500 embalses de relaves activos en el mundo. ^{[ 18 ]} El agua estancada es beneficiosa ya que minimiza el transporte de relaves finos por el viento a áreas pobladas donde los químicos tóxicos podrían ser potencialmente peligrosos para la salud humana; sin embargo, también es perjudicial para el medio ambiente. Los estanques de relaves suelen ser algo peligrosos porque atraen a la vida silvestre, como aves acuáticas o caribúes, ya que parecen un estanque natural, pero pueden ser altamente tóxicos y perjudiciales para la salud de estos animales. Los estanques de relaves se utilizan para almacenar los desechos producidos por la separación de minerales de las rocas, o el lodo producido por la minería de arenas bituminosas. En ocasiones, los residuos mineros se mezclan con otros materiales, como la bentonita, para formar una pasta más espesa que ralentiza la liberación de agua contaminada al medio ambiente.

Existen muchos subconjuntos diferentes de este método, incluyendo embalses de valle, diques de anillo, embalses dentro de la mina y fosas excavadas especialmente. ^{[ 1 ]} El más común es el estanque de valle, que aprovecha la depresión topográfica natural del terreno. ^{[ 1 ]} Se pueden construir grandes presas de tierra y luego llenarlas con los relaves. Las minas a cielo abierto agotadas pueden rellenarse con relaves. En todos los casos, se debe considerar debidamente la contaminación del nivel freático subyacente, entre otros problemas. El drenaje es una parte importante del almacenamiento en estanques, ya que a medida que se agregan los relaves a la instalación de almacenamiento, se elimina el agua, generalmente drenándola a estructuras de torres decantadoras. El agua eliminada puede reutilizarse en el ciclo de procesamiento. Una vez que una instalación de almacenamiento está llena y terminada, la superficie se puede cubrir con tierra vegetal y comenzar la revegetación. Sin embargo, a menos que se utilice un método de sellado impermeable, el agua que se infiltre en la instalación de almacenamiento tendrá que bombearse continuamente en el futuro.

El tratamiento de relaves en pasta es una modificación de los métodos convencionales de disposición de relaves (almacenamiento en estanques). Las pulpas de relaves convencionales se componen de un bajo porcentaje de sólidos y un contenido de agua relativamente alto, que normalmente oscila entre el 20 % y el 60 % de sólidos en la mayoría de las minas de roca dura. Al depositarse en el estanque de relaves, los sólidos y los líquidos se separan. En el tratamiento de relaves en pasta, el porcentaje de sólidos en la pulpa se incrementa mediante el uso de espesantes, con el fin de obtener un producto donde la separación entre agua y sólidos sea mínima. El material se deposita en un área de almacenamiento en forma de pasta (con una consistencia similar a la de la pasta de dientes). El tratamiento de relaves en pasta tiene la ventaja de ser más eficiente que el tratamiento convencional, ya que permite reciclar mayores cantidades de agua. Además, presenta un menor riesgo de filtraciones. Sin embargo, el costo del espesamiento suele ser mayor que el de los relaves convencionales, y los costos de bombeo de la pasta también son mayores, ya que normalmente se requieren bombas de desplazamiento positivo para transportar los relaves desde la planta de procesamiento hasta el área de almacenamiento. Los relaves en pasta se utilizan en varios lugares del mundo, incluyendo la presa Sunrise en Australia Occidental y la mina de oro Bulyanhulu en Tanzania. ^{[ 28 ]}

Los relaves no tienen por qué almacenarse en estanques ni verterse como lodos en océanos, ríos o arroyos. Cada vez se utiliza más la deshidratación de relaves mediante filtros de vacío o presión, lo que permite apilarlos. ^{[ 29 ]} Esto ahorra agua, lo que reduce el impacto ambiental al disminuir las tasas de filtración y el espacio utilizado, además de mantener los relaves en una disposición densa y estable, y eliminar la responsabilidad a largo plazo que generan los estanques una vez finalizada la minería.

Si bien el almacenamiento en seco de los relaves presenta ventajas potenciales, estos sistemas suelen ser prohibitivos en cuanto a costos debido al mayor costo de capital para la compra e instalación de los sistemas de filtración y al aumento de los costos operativos, generalmente asociados al consumo de electricidad y a los consumibles (como la tela filtrante) de dichos sistemas.

Si bien la eliminación en pozos abiertos agotados suele ser una operación sencilla, la eliminación en cavidades subterráneas es más compleja. Un enfoque moderno común consiste en mezclar una cierta cantidad de relaves con agregados de desecho y cemento, creando un producto que puede usarse para rellenar cavidades y galerías subterráneas . Un término común para esto es relleno de pasta de alta densidad (HDPF). El HDPF es un método de eliminación de relaves más costoso que el almacenamiento en estanques, sin embargo, tiene muchos otros beneficios, ya que puede aumentar significativamente la estabilidad de las excavaciones subterráneas al proporcionar un medio para que la tensión del terreno se transmita a través de las cavidades, en lugar de tener que rodearlas, lo que puede causar eventos sísmicos inducidos por la minería como el sufrido anteriormente en el desastre de la mina Beaconsfield .

Generalmente se denomina vertido de relaves fluviales (VRT). En la mayoría de los entornos, no es una práctica particularmente respetuosa con el medio ambiente, pero en el pasado se ha utilizado ampliamente, provocando daños ambientales tan espectaculares como los causados ​​por la Mount Lyell Mining & Railway Company en Tasmania al río King , o el envenenamiento de la mina Panguna en la isla de Bougainville , que derivó en disturbios civiles a gran escala en la isla y, finalmente, en el cierre definitivo de la mina. ^{[ 24 ]}

En 2005, solo tres minas operadas por compañías internacionales seguían utilizando el vertido en ríos: la mina Ok Tedi , la mina Grasberg ^{[ 24 ]} y la mina Porgera , todas en Nueva Guinea . Este método se utiliza en estos casos debido a la actividad sísmica y al riesgo de deslizamientos de tierra, que hacen que otros métodos de vertido sean poco prácticos y peligrosos.

Comúnmente conocido como STD (Disposición Submarina de Relaves) o DSTD (Disposición Profunda de Relaves). Los relaves pueden transportarse mediante una tubería y luego descargarse para que finalmente desciendan a las profundidades. En la práctica, no es un método ideal, ya que la proximidad a profundidades fuera de la plataforma continental es poco frecuente. Cuando se utiliza STD, la profundidad de descarga suele ser relativamente baja, y puede producirse un daño extenso al lecho marino debido a la cobertura por el producto de relaves. ^{[ 30 ]} Si no se controlan la densidad y la temperatura del producto de relaves, este puede recorrer largas distancias o incluso flotar hasta la superficie.

Este método es utilizado por la mina de oro en la isla de Lihir ; los ambientalistas consideran que la eliminación de sus residuos es altamente perjudicial, mientras que los propietarios afirman que no es dañina. ^{[ 24 ]}

La eliminación de residuos mineros en el mar está prohibida por ley en Australia, Brasil, Canadá, China, Dinamarca, Inglaterra, Francia, Grecia, Rusia y Estados Unidos. ^{[ 31 ]} Es legal en Indonesia , Noruega y Papúa Nueva Guinea . ^{[ 31 ]} En 2026, en Noruega, activistas fueron condenados por protestas durante el conflicto de Repparfjorden ; catorce activistas más fueron juzgados en junio, y otros están programados para juicio en agosto. ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]}

En Chile, la única planta que realizó este tipo de vertido fue Planta de Pellets , que vertió sus relaves legalmente en el mar desde su establecimiento en 1978 hasta 2010. ^{[ 31 ]} En 2014, Planta de Pellets y Sydvaranger en Noruega fueron las únicas plantas del mundo que vertieron relaves de mineral de hierro en el mar, ^{[ 35 ]} Sin embargo, en 2019, Planta de Pellets se comprometió a poner fin a esta práctica a finales de 2023. ^{[ 31 ]}

La fitoestabilización es una forma de fitorremediación que utiliza plantas hiperacumuladoras para la estabilización y contención a largo plazo de los relaves, secuestrando los contaminantes en el suelo cerca de las raíces. La presencia de la planta puede reducir la erosión eólica, o sus raíces pueden prevenir la erosión hídrica, inmovilizar metales por adsorción o acumulación, y proporcionar una zona alrededor de las raíces donde los metales pueden precipitar y estabilizarse. Los contaminantes se vuelven menos biodisponibles y se reduce la exposición del ganado, la fauna silvestre y los seres humanos. Este enfoque puede ser especialmente útil en ambientes secos, que están sujetos a la dispersión por el viento y el agua. ^{[ 36 ]}

Se siguen realizando importantes esfuerzos e investigaciones para descubrir y perfeccionar mejores métodos de disposición de relaves. La investigación en la mina de oro de Porgera se centra en desarrollar un método para combinar los relaves con roca estéril gruesa y lodos residuales, creando así un producto que pueda almacenarse en superficie en depósitos o pilas de desechos de aspecto genérico. Esto permitiría dejar de utilizar el vertido fluvial, tal como se hace actualmente. Aún queda mucho trabajo por hacer. Sin embargo, varios diseñadores, entre ellos AMEC , han implementado con éxito la disposición conjunta , por ejemplo, en la mina Elkview en la Columbia Británica.

Durante la extracción del petróleo de las arenas bituminosas, también se generan relaves compuestos de agua, limo, arcillas y otros solventes. Este sólido se convertirá en relaves finos maduros por gravedad. Foght et al. (1985) estimaron que hay 10³ ^{heterótrofos} anaeróbicos y 10⁴ ^procariotas reductores de sulfato por mililitro en el estanque de relaves, basándose en métodos convencionales del número más probable. Foght realizó un experimento con dos estanques de relaves y un análisis de las arqueas , bacterias y el gas liberado de los estanques de relaves mostró que se trataba de metanógenos . A medida que aumentaba la profundidad, los moles de CH₄ _liberados disminuían. ^{[ 37 ]}

Siddique (2006, 2007) afirma que los metanógenos en el estanque de relaves viven y se reproducen mediante degradación anaeróbica, lo que reduce el peso molecular de la nafta a hidrocarburos alifáticos y aromáticos, dióxido de carbono y metano. Estas arqueas y bacterias pueden degradar la nafta, considerada un residuo durante el proceso de refinación del petróleo. Ambos productos de degradación son útiles. Los hidrocarburos alifáticos y aromáticos, así como el metano, pueden utilizarse como combustible en la vida cotidiana. En otras palabras, estos metanógenos mejoran el coeficiente de utilización. Además, modifican la estructura del estanque de relaves y facilitan la reutilización del agua intersticial para el procesamiento de arenas bituminosas. Debido a que las arqueas y bacterias metabolizan y liberan burbujas dentro de los relaves, el agua intersticial puede filtrarse fácilmente a través del suelo. Dado que aceleran la densificación de los relaves finos maduros, los estanques de relaves permiten que los sólidos se sedimenten más rápidamente, de modo que los relaves puedan recuperarse antes. Además, el agua liberada de los relaves puede utilizarse en el proceso de refinación del petróleo. Reducir la demanda de agua también puede proteger el medio ambiente de la sequía. ^{[ 38 ]}

A medida que mejoran las técnicas mineras y el precio de los minerales, es común que los relaves se reprocesen utilizando nuevos métodos, o de forma más exhaustiva con métodos antiguos, para recuperar minerales adicionales. Los extensos depósitos de relaves de Kalgoorlie /Boulder en Australia Occidental fueron reprocesados ​​de forma rentable en la década de 1990 por KalTails Mining. ^{[ 39 ]} Si bien el reprocesamiento de los relaves puede generar un valor adicional en metales y, en algunos casos, reduce el riesgo de drenaje ácido de minas, el volumen de residuos minerales no disminuye significativamente.

Para remediar esto, es necesario encontrar una forma de valorizar la mayor parte de los relaves, los minerales de ganga. Una vía crucial de valorización es su uso en materiales de construcción, que es el sector con mayor demanda de minerales . ^{[ 40 ]} Se están desarrollando nuevas tecnologías, como los procesos de granulación para su aplicación como árido en el hormigón . ^{[ 41 ] [ 42 ]}

Una máquina llamada Planta de Procesamiento PET4K se ha utilizado en varios países durante los últimos 20 años para remediar relaves contaminados. ^{[ 43 ]}