Guia de Operación y Manejo de Relaves

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Guia de Operación y Manejo de Relaves

  1. 1. Servicio Nacional de Geología y MineríaDepartamento de Seguridad MineraDocumento ExternoEste trabajo fue efectuado por:Ing. Nelson A. Ramírez Morandé GUÍA TÉCNICA DE OPERACIÓN Y CONTROL DE DEPÓSITOS DE RELAVES DSM/07/31 de Diciembre 2007
  2. 2. INDICE Pág.1.- INTRODUCCION Y ANTECEDENTES GENERALES…………………………. 32.- OBJETIVOS DE LA GUIA………………………………………………………… 33.- CONCEPTOS BASICOS Y GENERALIDADES SOBRE LOS RELAVES…… 44.- OPCIONES PARA LA DESCARGA DE LOS RELAVES……….……………… 54.1.- OPCION A: DESCARGA DEL RELAVE COMPLETO ………………………… 54.2.- OPCION B: CONSTRUCCION DEL MURO RESISTENTE CON PARTE DEL RELAVE……………………………………………………………………………. 54.3.- OPCION C: MATERIAL DE RELAVES EQUIVALENTE A UN SUELO HUMEDO…………………………………………………………………………… 55.- EFECTOS DE LA RAZON SÓLIDO/AGUA ( S:A)……………….…………. … 56.- PERMEABILIDAD E INFILTRACION Y DENSIDAD RELATIVA…….……… 66.1.- PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS……………………………..…………… 66.2.- DENSIDAD RELATIVA………………………..………………………………… 77.- DEPOSITOS DE RELAVES……………..……………………………………… 87.1.- TRANQUES DE RELAVES……………………………………………………… 87.1.1.- CONSTRUCCION DEL MURO METODO AGUAS ARRIBA………………… 87.1.2.- CONSTRUCCION DEL MURO METODO AGUAS ABAJO ….……………… 97.1.3.- CONSTRUCCION DEL MURO METODO EJE CENTRAL O MIXTO……… 107.2.- EMBALSE DE RELAVES………………………………………………………… 127.3.- DEPOSITOS DE RELAVES ESPESADOS …………………………………… 127.4.- DEPOSITOS DE RELAVES FILTRADOS…………………………………… 157.5.- DEPOSITOS DE RELAVES EN PASTA…………………………… ………… 15 1
  3. 3. 7.6.- OTROS DEPOSITOS DE RELAVES…………………………………………… 178.- DESCRIPCION DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES DE UN DEPOSITO DE RELAVES Y ALGUNOS OTROS CONCEPTOS IMPORTANTES……… 189.- MEDIDAS DE CONTROL OPERACIONAL Y DE MANTENCION EN TRANQUE DE RELAVES …………………………………………………………………… 2010.- MEDIDAS QUE DEBEN CONSIDERARSE ENTRE OTRAS AL CIERRE Y POSTERIOR ABANDONO DE UN TRANQUE DE RELAVES……………. 2211.- ALGUNOS CONCEPTOS QUE SE DEBEN CONOCER Y RECORDAR… 22 ANEXO A………………………………………………………………………… 24 ANEXO B………………………………………………………………………… 29 ANEXO C………………………………………………………………………… 34 ANEXO D………………………………………………………………………… 38 2
  4. 4. GUÍA TÉCNICA DE OPERACIÓN Y CONTROL DE DEPÓSITOS DE RELAVES1.- Introducción y Antecedentes GeneralesUno de los temas importantes asociados a las faenas mineras corresponde, a todoaquello relacionado con las obras constructivas de disposición en la superficie de latierra de los “Depósitos de Relaves”; cuyos residuos que contienen provienen dePlantas de Concentración de minerales por Flotación. Esto se debe a que en laIndustria Minera Chilena estos depósitos han ido adquiriendo mayor relevancia, debidoprincipalmente a que las leyes de los minerales en los yacimientos en explotación handisminuido, lo que ha obligado a las empresas mineras, extraer grandes volúmenes deminerales para lograr mantener los niveles de producción de finos, y se hanincrementado así, la cantidad de desechos que deben ser dispuestos, ya sea comomaterial estéril o en la forma de pulpas de relaves. Por lo tanto, se hace necesario tenermuy presente los riesgos asociados a los pequeños, medianos y grandes depósitos derelaves, en cuanto a los ámbitos técnicos constructivos como los ambientales.Hasta hace algunas décadas atrás era común en Chile y en otros países de tradiciónminera, deshacerse por ejemplo, de los relaves derivados de las operaciones minero-metalúrgicas, arrojándolos en lechos de ríos, lagunas, quebradas, valles o al marpróximo y cuando en las cercanías de alguna faenas mineras no se disponía de estossectores naturales tan "convenientes", los empresarios mineros solían acumular losrelaves en áreas de contención, que amurallaban con terraplenes levantados con losmismos relaves y una vez que se agotaba el yacimiento, estos depósitos quedabanabandonados.Afortunadamente en los tiempos actuales, debido a la regulación legal; tanto técnicacomo ambiental que nuestro país se ha dado, se hace más difícil librarse de losdesechos mineros con sólo hacerlos desaparecer de la vista y gran parte de lasreglamentaciones que se imponen al respecto, se refieren en forma específica a laindustria minera, además las comunidades también hacen oír hoy su voz con fuerza yclaridad sobre los problemas de protección de las personas y el medio ambiente.La normativa vigente que regula todo lo relacionado con los “Depósitos de ResiduosMasivos Mineros”, en lo técnico y ambiental exige que se cumplan diversosrequerimientos de seguridad, destinados a la protección de las personas y el medioambiente, por ello todos los esfuerzos que se hagan para establecer criterios a tener encuenta sobre el control de los riesgos son muy importantes.2.- Objetivos de la GuíaÉsta Guía Técnica de Operación y Control de Depósitos de Relaves, tiene por objetivos:recordar algunos conceptos básicos y generalidades sobre relaves, indicar las distintasopciones de descarga de los relaves y tipos de depósitos de relaves aceptable por lalegislación Chilena; entregar algunas sencillas recomendaciones a considerarse sobre 3
  5. 5. la operación y control de depósitos de relaves, destinadas principalmente dichasrecomendaciones como ayuda a los pequeños productores mineros que dentro delproceso de sus faenas incluyen a los tranques de relaves; se indican también losdistintos componentes y su significado de los depósitos de relaves y principalmente enextenso los de los tranques de relaves; finalmente, se adjuntan en los anexos algunosconceptos básicos de términos geotécnicos, términos de mecánica de suelos, uso de labalanza Marcy, piezometría y análisis granulométricos.3.- Conceptos Básicos y Generalidades sobre los RelavesToda planta minera cuyo proceso de concentración es Flotación, produce residuossólidos que se denominan relaves y que corresponden a una “Suspensión fina desólidos en líquido”, constituidos fundamentalmente por el mismo material presente in-situ en el yacimiento, al cual se le ha extraído la fracción con mineral valioso,conformando una pulpa, que se genera y desecha en las plantas de concentraciónhúmeda de especies minerales y estériles que han experimentado una o varias etapasen circuito de molienda fina; esta "pulpa o lodo de relaves" fluctúa en la práctica conuna razón aproximada de agua/sólidos que van del orden de 1:1 a 2:1. Lascaracterísticas y el comportamiento de esta pulpa dependerá de la razón agua/sólidos ytambién de las características de las partículas sólidas. Esto puede ilustrarse si seconsideran los siguientes ejemplos: Una masa de relaves con un gran contenido de agua escurrirá fácilmente, incluso con pendientes pequeñas. Una masa de relaves con un contenido de agua suficientemente bajo (por ejemplo, relaves filtrados) no escurrirá gravitacionalmente. Si las partículas sólidas son de muy pequeño tamaño (equivalentes a arcillas), se demorarán un gran tiempo en sedimentar, manteniéndose en suspensión y alcanzando grandes distancias respecto al punto de descarga antes de sedimentar. Si las partículas sólidas son de gran tamaño (equivalentes a arenas) sedimentarán rápidamente y se acumularán a corta distancia del punto de descarga.Las alternativas a utilizar en la depositación de un material de relaves, dependerá de lascaracterísticas de los relaves que produce la planta (cantidad suficiente de materialtamaño arena), del costo del agua (si es escasa, se justifican inversiones en equipospara optimizar su recuperación) y, de las características del lugar de emplazamiento deldepósito de relaves.Para conseguir estructuras estables con los relaves, deben determinarse suscaracterísticas, similares a lo que se hace con los suelos (granulometría, densidadrelativa, razón de vacíos, relaciones de fase, etc.). Estas determinaciones permitentambién evaluar el cumplimiento de las disposiciones legales contenidas en el D.S.Nª248 (2006) “Reglamento para la Aprobación de Proyectos de Diseño, Construcción,Operación y Cierre de Depósitos de Relaves”, del Ministerio de Minería. 4
  6. 6. 4.- Opciones para la Descarga de los Relaves 4.1.- Opción A: Descarga del Relave CompletoSe requiere disponer de un volumen suficientemente grande para permitir almacenartodos los relaves que se producirán durante la vida útil de la planta. Pueden utilizarsecavidades "pre- existentes" como: rajos mineros abandonados, depresiones naturalesen superficie, cavernas naturales, antiguas minas subterráneas abandonadas, etc. Encualquiera de estos casos, si bien en el pasado en Chile pudieron darse la posibilidadde ser considerados, hoy debido a la legislación ambiental vigente resulta difícil de seraceptados por su alta connotación ambiental y deberían realizarse estudios muycompletos y detallados para demostrar que no se afectará el medio ambiente. Por esto,para la descarga de relaves completos, resulta técnica y ambientalmente más aceptableconstruir un muro perimetral con talud interno impermeabilizado hecho con materialgrueso de empréstito y generar así una cubeta de depositación. Este tipo de depósitode relaves se denomina “Embalses de Relaves” y han sido aceptados como alternativade depositación de relaves en nuestro país. 4.2.- Opción B: Construcción del Muro Resistente con Parte del RelaveEsta opción corresponde a tratar los relaves provenientes de la planta, de manera deseparar la fracción gruesa (arenas de relaves) de la fracción fina (lamas), para poderutilizar la primera como material para la construcción del muro perimetral y descargar lasegunda a la cubeta de embalse. Al construir el muro utilizando las arenas de losrelaves, es posible hacerlo de 3 formas o métodos de crecimiento distintas: Crecimientodel muro hacia “aguas arriba” (no lo contempla la legislación actual en Chile),crecimiento del muro hacia “aguas abajo” y crecimiento del muro según el métodollamado “eje central o mixto”. (ver fig. 3). Cualquiera de estos métodos constructivosconforman finalmente a los denominados en Chile “Tranques de Relaves” 4.3.- Opción C: Material de Relaves Equivalente a un Suelo HúmedoEsta opción requiere tratar los relaves provenientes de la planta, de manera de extraerlela mayor cantidad de agua, obteniendo así un material equivalente a un suelo húmedoel cual puede ser depositado sin necesidad de un muro perimetral para su contención.Para este propósito existen distintos métodos: “Espesar los Relaves”, “Filtrar losRelaves” y la alternativa más reciente es la de crear lo que se denomina “Pasta deRelaves”.5.- Efectos de la Razón Sólido/Agua (S:A)Una pulpa de relaves con suficiente agua se comportará como una suspensión acuosa,cuya viscosidad aumenta si disminuye el agua, hasta que, para contenidos de aguasuficientemente bajos se comportará como un lodo espeso y eventualmente, como unsuelo húmedo. 5
  7. 7. Experimentalmente podemos señalar que: Si la razón S:A es menor que 50%, la pulpa de relaves se comporta como suspensión acuosa, y escurrirá incluso con pendiente menores al 2% y se produce segregación de las partículas con la distancia al punto de descarga. Si la razón S:A es mayor o igual que 55% la pulpa de relaves comienza a tener comportamiento de un lodo viscoso; disminuye fuertemente la segregación de partículas y se necesitará pendientes mayores al 2% para escurrir.La siguiente tabla nos indica la pendiente límite que admite un pulpa de relaves paradistintas concentraciones de sólidos en peso (pendientes mayores producirán suescurrimiento) VARIACION DE LA PENDIENTE LIMITE CON LA CONCENTRACIÖN DE SÓLIDOS EN UNA PULPA DE RELAVES Pendiente Límite Porcentaje de Sólido en Peso % % <2 < 50 2-3 55-66 3-5 60-63 4-6 63-65 >6 > 656.- Permeabilidad e Infiltración y Densidad Relativa 6.1.- Permeabilidad de los Suelos.-Se dice que un material es permeable cuando tiene huecos continuos e interconectadosde modo tal que el agua pueda escurrir por ellos. Al movimiento del agua a través delmaterial se le denomina “Infiltración o filtración” y a su medida “Permeabilidad”.La circulación del agua a través del suelo se debe a la diferencia de presión hidrostáticaentre dos puntos.En forma muy resumida podemos decir que se cumple la relación ν = k. iDonde ν = es la velocidad de descarga i = es el gradiente hidráulico k = es el coeficiente de permeabilidad.Las unidades en que “k” se expresa, comúnmente son cm/seg. 6
  8. 8. Determinando el coeficiente de permeabilidad se puede determinar el volumen de lasfiltraciones, el que depende del tamaño y granulometría de las partículas gruesas, de lacantidad de finos y de la densidad de la muestra.El coeficiente de permeabilidad varía en un amplio margen para los distintos suelosnaturales, desde 102 cm/seg. (permeable) hasta 10-9 cm/seg (impermeable).Los especialistas clasifican los suelos con respecto a la permeabilidad de la siguientemanera:102 10 10-2 10-4 10-6 10-8 cm/seg Grava Arena Zona de semipermeabilidad Arenas finas y Limos y Arcillas Permeable Limite Impermeable 6.2.- Densidad Relativa.-El grado de compactación que se requiere para una arena de relave, con el fin deminimizar el riesgo de licuefacción, es expresado en términos de la llamada densidadrelativa Dr., la que se define según la siguiente expresión: (emáx - e) Dr = ----------------- x100% (emáx - e mín)Donde Dr = densidad relativa emáx = relación de vacíos de la arena en la condición más suelta. emáx = relación de vacíos de la arena en la condición más densa.Otra forma de calcular la densidad relativa es mediante la expresión: ρmáx (ρin situ - ρ mín) Dr = ---------------------------- x100% ρin situ (ρmáx - ρ mín)Siendo ρmáx = densidad máxima de las arenas ρ mín = densidad mínima de las arenas ρin situ = densidad en el lugar de las arenasNota.- Todos los parámetros indicados en las expresiones anteriores se deben determinar a nivel de laboratorio mediante ensayos normalizados. 7
  9. 9. Además, cuando las arenas poseen entre el 10% y de 20% de finos (-200 malla Tyler) las medidas de densidad relativa pueden dejar de ser representativas y es más conveniente la utilización de densidades expresadas como porcentaje de la densidad máxima alcanzada en ensayos de compactación Próctor (estándar y modificado).7.- Depósitos de RelavesDentro de la disposición de relaves existen diferentes y variadas formas de depositaciónde relaves, que dependiendo de diversos factores como son las cercanías alconcentrador, capacidad de almacenamiento de relaves, topografía del lugar,producción del yacimiento se deberá seleccionar la forma más apropiada para disponerestos relaves.Atendiendo a lo indicado anteriormente, los distintos tipos de “Depósitos de Relaves”que se consideran en la actualidad en Chile indicados en el “Reglamento para laAprobación de Proyectos de Diseño, Construcción, Operación y Cierre de Depósitos deRelaves” , son los siguientes: Tranques de Relaves Embalses de Relaves Depósito de Relaves Espesados Depósito de Relaves Filtrados Depósito de Relaves en PastaA continuación se realiza una breve descripción general de estas formas dedepositación de relaves. 7.1.- Tranques de RelavesA continuación se describen brevemente las alternativas de construcción del muro dearenas de Los Tranques de Relaves 7.1.1.- Construcción del Muro Método Aguas ArribaEl Método Aguas Arriba.- consiste en un muro inicial (starter dam) construido conmaterial de empréstito compactado sobre el cual se inicia la depositación de los relaves,utilizando clasificadores denominados “Hidrociclones”; la fracción más gruesa o arena,se descarga por el flujo inferior del hidrociclón (Underflow) y se deposita junto al muroinicial, mientras la fracción más fina o lamas, que sale por el flujo superior delhidrociclón (Overflow) se deposita hacia el centro del tranque en un punto mas alejadodel muro, de modo tal que se va formando una especie de playa al sedimentar laspartículas más pesadas de lamas y gran parte del agua escurre, formando el pozo desedimentación o laguna de sedimentación, la que una vez libre de partículas ensuspensión es evacuada mediante un sistema de estructura de descarga, que puedenser las denominadas torres de evacuación, o bien, se utilizan bombas montadas sobre 8
  10. 10. una balsa flotante. Una vez que el depósito se encuentra próximo a llenarse, se procedeal levante del muro, desplazando los hidrociclones a una mayor elevación en ladirección hacia aguas arriba y comenzando una nueva etapa de descarga de arenas, yperalte del muro; se continúa sucesivamente la construcción en la forma indicada.Con este método, en la práctica, se pueden alcanzar alturas de hasta 25 metros (verfigura1). Si bien este método es el que requiere un menor volumen de material arenoso,por lo que ha sido utilizado en la pequeña minería para construir numerosos tranques,es el que produce el tipo de muro menos resistente frente a oscilaciones sísmicas, espor ello que en la actualidad en Chile, no está contemplado aprobar este tipo deproyecto de tranques de relaves en la legislación vigente. LAGUNA ARENAS MURO DE PARTIDA LAMAS METODO DE AGUAS ARRIBA Figura 1: Método de aguas arriba. 7.1.2.- Construcción del Muro Método Aguas AbajoEl Método Aguas Abajo.- La construcción se inicia también con un muro de partida dematerial de empréstito compactado desde el cual se vacía la arena cicloneada hacia ellado del talud aguas abajo de este muro y las lamas se depositan hacia el talud aguasarriba. Cuando el muro se ha peraltado lo suficiente, usualmente 2 a 4 m., se efectúa ellevante del muro, desplazando los hidrociclones a una mayor elevación en la direcciónhacia aguas abajo y comenzando una nueva etapa de descarga de arenas y peralte delmuro. A veces se dispone también de un segundo muro pre-existente aguas abajo (verfig.2). Las arenas se pueden disponer en capas inclinadas, según el manteo del taluddel muro de partida, o bien, disponerlas en capas horizontales hacia aguas abajo delmuro de partida.Este método de aguas abajo requiere disponer de un gran volumen de arenas y permitelograr muros resistentes más estables del punto de vista de la resistencia sísmica. 9
  11. 11. Figura 2: Método Aguas Abajo (capas de arenas inclinadas) 7.1.3.- Construcción del Muro Método Eje Central o MixtoEl Método Eje Central o Mixto.- se inicia al igual que los métodos anteriores con unmuro de partida de material de empréstito compactado, sobre el cual se depositan lasarenas cicloneadas hacia el lado de aguas abajo y las lamas hacia el lado de aguasarriba. Una vez completado el vaciado de arenas y lamas correspondiente al muroinicial, se eleva la línea de alimentación de arenas y lamas, siguiendo el mismo planovertical inicial de la berma de coronamiento del muro de partida. Lo que permite lograrun muro de arenas cuyo eje se mantiene en el mismo plano vertical, cuyo talud deaguas arriba es más o menos vertical, y cuyo talud de aguas abajo puede tener lainclinación que el diseño considera adecuada.Este método requiere disponer de un volumen de arenas intermedio entre los 2métodos anteriores, y permite lograr muros suficientemente estables.Estos métodos constructivos del muro de arenas de los Tranques de Relavesmencionados anteriormente son sobradamente conocidos en Chile, siendo los métodosde aguas abajo y eje central los que contempla hoy nuestra legislación en los proyectosde Tranques de Relaves que se presentan al Servicio Nacional de Geología(SERNAGEOMIN) para su aprobación.La inseguridad que muchas veces despiertan los tranques de arenas de relave nodeben atribuirse al material con que se construyen, sino al sistema de construcción porrelleno hidráulico que puede inducir elevadas presiones de poros e incluso lalicuefacción total en caso de un sismo. Sin embargo, las técnicas modernas de diseño,construcción y control permiten obtener estructuras seguras a base de buenos sistemasde drenaje, de un eficiente sistema de ciclonaje y disposición de las arenas, y también 10
  12. 12. de una buena compactación de la arena que permita alcanzar una elevada densidad,utilizando un equipo adecuado para ello. Lo anterior, complementado con un controlpiezométrico en el cuerpo del prisma resistente, deja al tranque de arenas de relave encondiciones de estabilidad semejante al de otras obras de Ingeniería de Importancia. Figura 3.- Métodos Constructivos del Muro de Arenas de Tranques de Relaves 11
  13. 13. 7.2 Embalses de RelavesEste tipo de depósito de relaves consiste en construir un muro resistente hechototalmente de material de empréstito, compactado e impermeabilizando el talud interiordel muro y también parte o todo su coronamiento; los relaves se depositan completosen la cubeta sin necesidad de clasificación, pero también deben disponer, de unsistema de evacuación de las aguas claras de la laguna que se forma. Los embalses derelaves no se diferencian esencialmente de las presas de embalse de aguas, las queconstituyen una técnica ampliamente desarrollada en todo el mundo. Es interesantedestacar, no obstante, que las técnicas de diseño evolucionan con gran rapidez y cadadía se descubren nuevos métodos.Tal vez, la diferencia fundamental entre un embalse destinado a la acumulación deagua y uno destinado a relaves es que mientras el embalse para agua se construye deuna vez con su capacidad definitiva, el embalse para relaves se puede ejecutar poretapas a medida que se avanza con el depósito de los relaves, a fin de no anticiparinversiones y reducir a un mínimo su valor presente. La construcción por etapas obligaa que la zona impermeable de la presa se diseñe como una membrana inclinadacercana y en la dirección del talud de aguas arriba. Un perfil como éste, limita losgrados de libertad en el diseño de las presas de tierra, cuando están destinadas acontener relaves (Ver Figura 4). Figura 4: Muro construido con material de empréstitoDel punto de vista sísmico, los Embalses de Relaves son más resistente que cualquierade los métodos indicados para los Tranques de Relaves. 7.3 Depósitos de Relaves EspesadosEl Ingeniero canadiense Eli I. Robinsky ha desarrollado un sistema de depósito que norequiere de un dique o muro contenedor para su construcción. El procedimiento se basaen la mayor viscosidad que alcanza la pulpa de relave al aumentar la concentración desólidos. El autor propone una curva en que relaciona el ángulo de reposo del relave conel contenido de sólidos de la pulpa. Para concentración del orden de 53% en peso, lapendiente de reposo es del 2% y ésta aumenta hasta un 6% sí la concentración sube a 12
  14. 14. 65%. De esta manera pueden disponerse los relaves en forma de un cono cuyapendiente será la que corresponde a la respectiva concentración de sólidos. Si se trata,por ejemplo, de depositar relaves en un valle plano desde la ladera que limita dichovalle, se puede iniciar el depósito desde pequeña altura con una pulpa relativamentediluida para luego elevar el punto de descarga simultáneamente con un aumento de laconcentración a fin de disponer para las capas siguientes de una pendiente maspronunciada. El punto de descarga puede luego ser desplazado lateralmente con elobjeto de formar un depósito de base ovoidal.No obstante que este tipo de depósito no requiere la construcción de un dique paralimitar el área comprometida, se recomienda la construcción de un pequeño terraplénalgo alejado del borde exterior del depósito, el cual sirve para contener un volumen parael depósito del agua desalojada por el relave, la cual es captada por un vertedero uotro dispositivo para ser bombeada y recirculada. Este pequeño terraplén sirve a la vezpara colectar las aguas lluvias y conducirlas hacia cauces naturales.Otro principio básico de este tipo de depósito se deriva de la diferencia en lo que asegregación del material se refiere, entre una pulpa diluida y otra concentrada.En efecto, si la concentración de sólidos es baja, el escurrimiento de la pulpa produceuna segregación de materiales, depositándose en primer lugar los granos mayores y acontinuación y separadamente, los más finos. Es el fenómeno usual en el depósito delamas en un tranque y más aún el que ocurre en los tranques construidos por el métodode aguas arriba. Si por el contrario, la pulpa es concentrada (del orden del 50% o más),la pulpa escurre como un todo sin ocasionar segregación. Es el caso que ocurre con elescurrimiento de relaves por tuberías, en que es conveniente evitar la segregaciónmediante el uso de concentraciones del orden del 50% ya que con el uso de pulpasmás diluidas, los granos gruesos se separan y ruedan por el fondo aumentando laabrasión de la tubería, según el autor, en un escurrimiento libre ocurre el mismofenómeno, y al evitarse la segregación se obtiene una mayor densidad que impide queel relave depositado sea erosionado por el agua desalojada por el propio relave, por lasaguas lluvias o por el viento.El procedimiento propuesto por Robinsky resulta aparentemente muy atractivoespecialmente en aquellos casos en que la topografía es favorable. La relativa bajaaltura de los depósitos al tener estos una pendiente máxima del tipo 6%, ocupangrandes extensiones relativamente planas o de poca inclinación. Existen sin embargoalgunas interrogantes que no están claramente especificados por su autor. En efecto, laobtención de concentraciones de pulpa tan alta como 65% de sólidos es un problemaque el autor no ha explicado como se puede obtener. Solamente ha sugerido en formageneral, que podrían usarse espesadores cónicos profundos, métodos centrífugos y defiltración y vacío. Por otra parte, si las pulpas así concentradas tienen un ángulo dereposo de 6%, su escurrimiento por tubería desde el concentrador hasta el vértice delcono, implica una pérdida de carga hidráulica superior a dicho 6% en forma que unaconducción, por ejemplo, a 2 Km., significaría una perdida de energía del orden de150 m, lo que resultaría muy costoso si el relave debe ser bombeado. No siempre esposible la instalación del espesador junto al vértice del depósito. 13
  15. 15. En resumen el método de depositación de relaves espesados es una posibilidad muyinteresante que merece ser investigada en profundidad para resolver los interrogantesque se plantean. Es posible que puedan ser utilizados en forma experimental con ungrado de espesamiento del orden de 53% de sólidos el que puede ser alcanzado pormétodos corrientes, usando para el depósito un terreno casi horizontal ya que el taludde reposo del relave así espesado sería del tipo 2%. Fig. 5a Fig. 5b Fig. 5c Figura 5: Disposición de Relaves Espesados (Método Robinsky) 14
  16. 16. 7.4 Depósitos de Relaves FiltradosEste tipo de depósitos de relaves es muy similar al de los relaves espesados, con ladiferencia de que el material contiene menos agua debido al proceso de filtradoutilizando equipos similares a los que se emplean para filtrar concentrados, como sonlos filtros de prensa o de vacío.El relave una vez filtrado se transporta al lugar de depósito mediante cintastransportadoras o bien mediante equipos de movimiento de tierra y/o camiones. En elprimer caso, se logra un domo de material similar al método de Robinsky; mientras queen el segundo caso se utiliza el equipo de movimiento de tierras para ir construyendomódulos de material compactado, los cuales permiten conformar un depósito aterrazadode gran volumen. Es importante señalar que en este método, aunque el contenido dehumedad que se logra (20% a 30%) permite su manejo con equipos de movimiento detierra, es suficientemente alto como para tener un relleno prácticamente saturado, por loque es posible que se produzcan infiltraciones importantes de las aguas contenidas enestos relaves si el suelo de fundación es relativamente permeable. También esnecesario señalar que la presencia de algunas arcillas, yeso, etc. en los materiales derelaves pueden reducir significativamente la eficiencia de filtrado. Depósito de Relaves Filtrados7.5 Depósitos de Relaves en PastaLos relaves en pasta corresponden a una mezcla de agua con sólido, que contieneabundante partículas finas y un bajo contenido de agua, de modo que esta mezclatenga una consistencia espesa, similar a una pulpa de alta densidad.Una buena pasta de relaves requiere tener al menos un 15% de concentración en pesode partículas de tamaño menor a 20 micrones. La mejor propiedad de las pastas derelaves es que pueden ser eficientemente trasportadas en tuberías sin los problemas desegregación o sedimentación que ocurren normalmente en las pulpas de relaves ypermiten una gran flexibilidad en el desarrollo del concepto del sitio de emplazamiento; 15
  17. 17. una vez depositados los relaves, se dejan secar, luego acopiar, permitiendo asíminimizar la superficie de suelo cubierto con relaves.La consistencia alcanzada permite que una pasta permanezca estable aún cuando estévarias horas sin moverse. La pasta puede formarse a partir de una gran variabilidad decomponentes como cuarzo,feldespato, arcillas, micas y salesEs posible producir materiales con la consistencia de pasta a partir de un amplio rangode concentración de sólidos en peso y sobre la base de la variación de la distribución detamaño de las partículas. Es decir, la producción de pasta es específica para cada tipode material.Cuando se dispone pasta de relaves en superficie, una muy pequeña fracción de aguapodrá drenar o infiltrarse, ya que la mayor parte de la humedad es retenida en la pastadebido a la tensión superficial de la matriz de suelo finoLa flexibilidad que permiten las pastas en cuanto al desarrollo del lugar deemplazamiento del depósito, puede ser extendida al uso de técnicas de construcciónaguas arriba, donde las consideraciones de diseño antisísmicos de otra manera seríaprohibida. Con la alternativa de pasta no se requiere una solución tipo embalse.Para faenas de pequeña escala, la pasta puede ser transportada en camiones desdelas instalaciones de operación y descargadas en el lugar de disposición final. Una vezdepositada, se deja secar y se puede acopiar. Esta forma de acumular, permiteminimizar la superficie de suelo cubierto con relaves, realizar un cierre progresivo y alcese de operaciones, el depósito puede ser dejado sin requerir medidas adicionales decierre.Para faenas de mayor tamaño, por economía de escala para el manejo de materiales, elsistema considera el uso de bombas o cintas transportadoras hasta un repartidor querealiza la disposición final. Cabe destacar que debido a su alta densidad, las pastas sontransportadas mediante el uso de bombas de desplazamiento positivo.i) En los depósitos de relaves en pasta se reducen significativamente lo siguiente: La necesidad de diseñar y construir grandes depósitos. El volumen de materiales involucrados en la construcción de depósitos. Los riesgos de falla geomecánica asociados a los tranques convencionales. Los riesgos de generación de aguas ácidas y lixiviación de metales. El manejo del volumen de agua clara. Las pérdidas de agua por infiltración y evaporación. La superficie de suelo para disponer los relaves, optimizando el uso del suelo. La emisión de material particulado.ii) En los depósitos de relaves en pasta se incrementa significativamente lo siguiente: La recuperación de aguas desde los relaves La aceptación ambiental de la comunidad. La posibilidad de co-depositar junto a otros residuos mineros (estériles o lastre) La flexibilidad operacional. 16
  18. 18. iii) Además: Se pueden desarrollar actividades de vegetación o de remediación en forma paralela a la operación. Permite la encapsulación de contaminantes en el depósito Depósito de Relaves en Pasta 7.6.- Otros Depósitos de RelavesNota: A continuación se mencionan otros tipos de Depósitos de Relaves que en otrospaíses son factibles de desarrollar. Sin embargo, en Chile en la actualidad existengrandes restricciones de las autoridades competentes; del punto de vista legal, de laSeguridad de la Personas y del Medio Ambiente, para otorgar permisos a los proyectosque pudieren presentarse, de modo tal que no los contempla nuestra legislación,aunque se debe reconocer que en el pasado se realizaron proyectos en Chile queutilizaron las técnicas de Depósitos de Relaves que nombraremos a continuación:A) Depósitos en Minas Subterráneas en ExplotaciónB) Depósitos en Minas Subterráneas AbandonadasC) Depósitos en Minas Explotadas a Cielo AbiertoD) Depósitos Relaves RadiactivosE) Depósitos costerosF) Depósitos submarinos 17
  19. 19. 8.- Descripción de los Componentes Principales de un Depósito de Relaves y Algunos Otros Conceptos Importantes Cubeta.- Corresponde al volumen físico disponible donde de depositan las lamas (finos) y gran parte del agua de los relaves de tal modo que se forma en ella la laguna de aguas claras debido a la sedimentación de las partículas finas. La cubeta es la componente más importante en relación con la vida útil del depósito. Muro o Prisma Perimetral o Prisma Resistente.- Este muro delimita la cubeta y permite contener los residuos que en ella se descargan. Por lo tanto, el muro perimetral generalmente es la componente más importante en lo que dice relación con la estabilidad o grado de seguridad del depósito. En los tranques de relaves este muro se va construyendo con el material grueso (arenas) de los relaves a lo largo de la vida útil del depósito. Sistema de Descarga y/o Clasificación y Selección de los Relaves.- El sistema de descarga de residuos mineros permite depositar estos en la cubeta, por lo que una falla de este sistema se traduce en la detención de la operación eficiente del depósito. Además, muchas veces, este sistema se utiliza también para clasificar y seleccionar los residuos, de modo de utilizar parte de los mismos como material para la construcción del muro perimetral (uso de ciclones) Zona de descarga de los Residuos o Zona de Playa .- La zona donde se descargan los residuos a la cubeta se le llama zona de playa porque usualmente está seca en la superficie y se asemeja a una playa de arenas finas. Es la parte del depósito de relaves o lamas situada en las cercanías de la línea de vaciado, esta playa de forma junto al prisma resistente. Poza de Aguas Claras o Laguna de Decantación.- Corresponde a la laguna de aguas clarificadas que se forma en la cubeta debido a la sedimentación o decantación de las partículas sólidas. Esta poza permite la recuperación de aguas y al mismo tiempo la evacuación de estas desde la cubeta. Esta laguna debe mantenerse lo mas alejada posible del muro de arenas o prisma resistente y su evacuación debe hacerse siempre para no disminuir el grado de estabilidad del muro. Sistema de Recuperación de Aguas.- El sistema de recuperación de aguas permite devolver a la planta, las aguas claras que se han recuperado desde la poza o laguna de aguas clara, mediante bombeo desde balsas y/o descargas de torres de evacuación o decantación que son obras destinadas a la descarga gravitacional de las aguas claras desde la poza de decantación de un tranque o embalse de relaves. Sistema de Drenaje.- Es el sistema (por ejemplo dedos o lechos drenantes) utilizado para deprimir al máximo el nivel freático en el interior del cuerpo del muro, usualmente protegido por filtros para evitar que el flujo de aguas arrastre las partículas finas y produzca la colmatación del sistema. 18
  20. 20. Sistema de Impermeabilización de la Cubeta.- Si los relaves en la cubetacontienen sustancias tóxicas debe evitarse la infiltración de aguas al subsuelo, yaque estas podrían provocar la contaminación de los recursos de aguas subterráneasy/o de superficie de la zona de emplazamiento del depósito. En este caso, es precisoque se disponga de un sistema de impermeabilización del piso y paredes de lacubeta, usualmente construido en base a una serie de "estratos" impermeables y"permeables-drenantes"Canales de Desvío.- Son las zanjas construidas o túneles construidos en las laderaspara captar y desviar las escorrentías superficiales, impidiendo su ingreso a la cubetadel tranque o embalse de relaves.Berma de Coronamiento.- Es la faja horizontal de mayor cota del talud externo delprisma resistente o muro de contención.Revancha.- Es la diferencia de cota entre la línea de coronamiento y la superficieinmediatamente vecina de la fracción aguas adentro del tranque, generalmentelamosa o de arena muy fina. Se denomina como revancha mínima al desnivel entreel coronamiento del prisma resistente y el punto más alto de las lamas; y sedenomina revancha máxima al desnivel entre el coronamiento y la superficie de lapoza de decantación.Nivel Freático.- Es la cota de los puntos en que el agua de poros tiene presión nula.Muro de Partida o Muro Inicial.- Muro construido con material grueso de empréstitoal inicio del depósito de relaves. En los sistemas constructivos del muro resistente deaguas abajo y eje central, las arenas se vacían hacia aguas abajo del muro inicial ylas lamas hacia aguas arriba. La altura del muro de partida queda determinada por elavance en altura del prisma de arenas, en relación al avance en altura del nivel delamas. El muro inicial debe permitir mantener una revancha mínima a lo largo delperíodo de operación del tranque.Muro de Pié.- Es el que se construye, generalmente de enrocados en el extremo deaguas abajo del prisma resistente en los métodos constructivos de eje central y deaguas abajo. Este muro tiene por objeto dar un límite físico al muro de arenas y evitarel escape de material fuera de la traza del prisma.Muro de Cola.- Se suele construir para limitar el depósito por el extremo de aguasarriba. Puede construirse de tierra o por alguno de los sistemas de construcciónempleados para el muro resistente.Licuefacción.- Perdida total de la resistencia al corte de un suelo saturado porincremento de la presión de poros. El caso más frecuente de licuefacción ocurre poracción sísmica sobre materiales areno-limosos saturados. Los relaves saturados sonaltamente susceptibles a licuefacción sísmica, en especial, si la permeabilidad ydensidad son bajas. Es el fenómeno más preocupante que ocurra en un tranque derelaves. 19
  21. 21. Piezometría .- Es el sistema de control de las presiones hidrostáticas en el interior del prisma resistente para detectar la presencia de sectores saturados. Los instrumentos utilizados se llaman piezómetros y con ellos se detecta el nivel freático del subsuelo. Vertederos de emergencia.- Son vertederos de umbral variable destinados a evacuar el exceso de aguas acumuladas en la cubeta de un tranque al crecer la laguna de decantación por lluvias intensas.9.- Medidas de Control Operacional y de Mantención en Tranques de Relaves A continuación se recomiendan una serie de medidas que deben tenerse presente principalmente por los operadores de la pequeña y mediana minería en el control operacional y mantención de los depósitos tranques de relaves. Estas medidas constituyen el principal objetivo de esta guía. Se deben realizar periódicamente controles de la densidad in-situ en el muro de arenas y determinar de la densidad relativa (las muestras se deben tomar a 1/3 y 2/3 de la altura total del muro) Estas medidas son importante porque indican en cierta medida, el grado de compactación con que cuenta el muro de arenas en la operación. Controlar el nivel freático con piezómetros en el muro de arenas, comparar la cota que se obtiene de este nivel, con la cota del nivel del coronamiento del muro de partida impermeabilizado. El nivel freático debe ser más bajo que dicha cota, esto tiene gran relevancia especialmente en aquellos tranques que no cuentan con un buen sistema de drenaje en el muro de arenas. Cuando el nivel freático es alto, se debe proceder rápidamente a bajarlo, evacuando el agua clara de la laguna en la cubeta. Es importante además medir el nivel freático en algunos puntos aguas abajo del tranque y mantener una estadística gráfica con los datos obtenidos. Establecer un control periódico de la granulometría de las arenas de relave. Un aumento repentino y significativo del % de finos compromete las condiciones de seguridad de la obra (formación de bolsones saturados y superficies localizadas menos resistentes al corte). La exigencia actual del contenido de finos en las arenas de relave de los muros de contención en los tranques de relaves, es que debe estar constituida por no más de un 20% de partículas menores de 200 mallas (74 micrones) Las partículas de las arenas de los relaves son muy angulares y heterogéneas, lo cual es favorable del punto de vista de la estabilidad ya que ayuda a lograr una buena compactación, pues las partículas en dicha operación de compactación, se traban unas con otra de modo que se necesitan grandes esfuerzos de corte para romper este entrabamiento. Se debe medir el % de sólidos en peso de la pulpa de relaves, el cual debe mantenerse en un rango no tan alto para que se permita un buen escurrimiento de esta pulpa por la tubería de transporte, evitando su embancamiento, y tampoco muy bajo para no saturar rápidamente de aguas la cubeta. (un rango bien aceptado en la práctica es entre 35% a 45%) 20
  22. 22. Mantener una buena revancha con el fin de evitar posibles escurrimientos deagua a través del muro de arenas produciéndose así su erosión.Se deben verificar periódicamente el ángulo de talud operacional comprometidoen el proyecto y el ancho del coronamiento del muro de arenas. Este último en laactualidad se exige como mínimo de 2 metros.Controlar periódicamente el nivel y posición de la laguna de aguas claras, la cualdebe mantenerse siempre lo más alejada posible del muro de arenas en loscasos de tranques de relaves, con el fin de evitar humectar demasiado el muro yque se sature de agua, trayendo el consecuente aumento de la presión de porosentre las partículas y el eventual colapso.Mantener siempre operativas las torres colectoras o bien las balsas con lasbombas de impulsión, para la evacuación de las aguas de la laguna declarificación asegurándose así la continuidad de esta operación.Verificar en forma periódica el estado de las tuberías de conducción de losrelaves y también las válvulas y bombas de impulsión de la pulpa de relaves.Además, se debe programar con antelación el traslado de las tuberías a lasposiciones de descarga siguientes.Una medida importante a tener presente en la construcción en los muros dealgunos tranque es la de evitar conformar esquinas en ángulo recto ya queconstituyen uno de los puntos estructuralmente más débiles frente a lassolicitaciones sísmicas, debido a bajo confinamiento. Es por ello aconsejableestablecer uniones redondeadas.Es muy importante en un tranque de relaves en operación, mantener la prácticade compactar el talud exterior a lo largo del muro de arenas, usando equiposadecuados como por ejemplo rodillos lisos vibratorios, tractores o bulldozerpesados. Esto se hace con el fin de mantener una compactación adecuada delmuro, ayudando así a una mejor estabilidad sísmica de la obra.Cuando la compactación es deficiente, los tranques de relaves tienen mayorprobabilidad de colapsar frente a una solicitación sísmica significativa. Es por elloque la operación de compactación en el muro resistente debe hacerse en formaregular junto con todas aquellas otras medidas que tienen incidencia con laestabilidad del tranque.Durante la operación se deben reparar todas las fisuras o grietas que sepudieren producir, pues si no son cerradas dejan puntos débiles sobre los cualesal ser tapados con material de relaves, la compactación posterior no seráeficiente en dichos sectores.Cuando durante la operación de un tranque de relaves no hay suficiente arenasde una calidad adecuada, es conveniente considerar agregar una o más capasintermedias de material de empréstitos bien compactado, para continuar laconstrucción del muro resistente y así se tendrá una mejor estabilidad física.Es importante mantener despejados los muros de arenas de cualquier objetoextraño puesto que los relaves sedimentan a la altura de los obstáculos queencuentran en el trayecto.Los operadores de los depósitos de relaves deben tener, claro conocimiento, delManual de Emergencia del depósito de relaves, con que obligatoriamente debecontar la Empresa, de modo que les permita enfrentar en forma exitosa lassituaciones adversas, climáticas, hidrológicas, sísmicas, volcánicas o falla del 21
  23. 23. sistema de captación de aguas claras o situaciones de emergencias de otra naturaleza que pudieren presentarse. Si la causa de la emergencia se debe a fenómenos naturales extremos imprevistos, como sismos, nevazones, lluvias intensas, erupciones volcánicas u otros, que impidan una normal operación o pongan en peligro la vida de las personas o el medio ambiente, deberán suspenderse las operaciones de depositación de relaves, hasta que las condiciones de seguridad del depósito se restablezcan. En caso de precipitación de nieve o granizo sobre el prisma resistente y en que, a la vez, se produzca la posibilidad de que debido a bajas temperaturas puedan intercalarse capas de agua a estado sólido, que puedan crear planos de falla en el muro, deberá paralizarse la depositación de arenas en el muro, hasta que pase la situación de riesgo.10.- Medidas que deben considerarse entre otras al Cierre y Posterior Abandono de un Tranque de Relaves Desmantelamiento de las instalaciones (ductos de relaves, bombas, hidrociclones, líneas eléctricas, muelles de acceso). Secado de la laguna de aguas claras. Dejar operativos los canales perimetrales interceptores de aguas de laderas. Mantención del sistema de evacuación de aguas lluvias. Estabilización de taludes (considerando máximo sismo probable de ocurrencia en la zona de emplazamiento). Cercado en torno a las torres colectoras y en algunos casos se justifica el sellado de estas torres. Instalación de cierres de acceso al lugar donde se encuentran los relaves. Instalación de señalizaciones preventivas. Instalación de cortavientos. Habilitación de vertederos de seguridad (diseñado considerando el evento de máxima crecida probable). Compactación de la berma de coronamiento. Recubrimiento con material adecuado para evitar la erosión eólica o también para posibilitar la forestación del tranque en aquellos lugares en donde es factible hacerlo.11.- Algunos conceptos que se deben conocer y recordar: Un buen diseño y una buena operación de un depósito de relaves desde su inicio los transformará en obras amigable con el medio ambiente. Los depósitos de relaves son formas geológicas artificiales que deben permanecer en el tiempo y por ello no se debe escatimar en esfuerzos para garantizar la seguridad de las personas y el medio ambiente. 22
  24. 24. Todo plan de abandono de un depósito de relaves debe tener como objetivos los siguientes conceptos: Estabilidad Física, Estabilidad Química y uso posterior del suelo. En la construcción de un tranque de relaves es obligatorio considerar una buena impermeabilización del muro de partida para evitar infiltraciones en la base del muro de arenas y ayudar así a la estabilidad de éste. Es importante tener presente en el diseño del muro de arenas que en el caso de un sismo en el coronamiento del muro se pueden producir aceleraciones del orden de un 40% - 50% mayores que en la base, de allí la importancia de tener siempre una buena compactación del muro. Los tranques de relaves tienen una mayor probabilidad de colapsar cuando la compactación del muro resistente es deficiente. Las aceleraciones sísmicas pueden producir un mecanismo de cuña deslizante en los muros y también producir zonas de licuefacción. Los taludes pueden fallar por inestabilidad a causa de: - El peso que tiende a deslizar el talud por mala compactación. - Erupción volcánica. - Nieve al derretirse. - Hielo fundido. - Sismos. - Crecida de un río cercano. Con la construcción de los Depósitos de Relaves se protege el medio ambiente, al desecharlos en estas obras adecuadas, recuperando el agua que en algunos sectores es prioritario hacerlo y además (en algunos casos) existe una buena potencialidad futura de retratamiento de estos materiales.A continuación se incluyen algunos anexos que incluyen datos técnicos específicosexistentes en la literatura que son de utilidad en el tema de Depósitos de Relaves. 23
  25. 25. ANEXO AClasificación de los SuelosEl Sistema Unificado de Clasificación de Suelos S.U.C.S es aplicable en la practica alos materiales sólidos de relaves, el cual considera el tamaño de las partículas: lagranulometria predominante según las mallas A.S.T.M. y características de los finos.Conforme a este sistema, existen 2 grandes grupos o clases de suelos:1) Suelos Gruesos.- Caracterizados porque más del 50% de sus partículas (% enpeso) quedan retenidas por la malla A.S.T.M. Nº200 ( # 200). En otras palabras, la“fracción gruesa” corresponde a más del 50% del peso seco total del suelo.2) Suelos Finos.- Caracterizados porque más del 50% de sus partículas (% en peso)pasan por la malla A.S.T.M. Nº200 ( # 200). En otras palabras, la “fracción fina”corresponde a más del 50% del peso seco total del suelo.Estos dos grupos se subdividen a su vez en 4 subgrupos característicos:1º) Gravas (G) Son suelos en que más del 50% de sus partículas (en peso) quedan retenidas por la malla # 200; y de esta “fracción gruesa”, más del 50% es retenido por la malla # 42º) Arenas (S) Son suelos en que más del 50% de sus partículas (en peso) quedan retenidas por la malla # 200; y de esta “fracción gruesa”, menos del 50% es retenido por la malla # 43º) Limos (M) Son suelos en que más del 50% de sus partículas (en peso) pasan por la malla # 200; y esta “fracción fina” tiene un límite líquido menor que 50.4º) Arcillas (C) Son suelos en que más del 50% de sus partículas (en peso) pasan por la malla # 200; y esta “fracción fina” tiene un límite líquido mayor que 50.Nota: El límite líquido corresponde a la frontera convencional entre los estados semi- líquido y plástico, de acuerdo a la definición de Atterberg.Conceptos Básicos de Geotecnia y Mecánica de SuelosRelaciones Volumétricas y GravimétricasEn estado natural los suelos son sistemas de tres fases que consisten en sólidos, aguay aire como se esquematiza en la figura 24
  26. 26. __ _________________________ º .. º o º º º º º º º Va º º ºo-.o º º º ºº º . -º º º º o º º º º . . Wa ~ 0 ºoo º º ºo º o Vv _________________________ _- _-- _ --- __-- ___ ___ -----V Vw --- _-_--- --- …---- Ww-- _--- _ --_ …. --- _-_--- --- …---- __ _________________________ W Vs Ws _________________________ Figura 1.- Esquema de una Muestra de SueloEl volumen total de una muestra de suelo viene dada por: V = Vs + Vv = Vs + Vw + VaDonde Vs = volumen de sólido de suelo Vv = volumen de vacíos Vw = volumen de agua en los vacíos Va = volumen de aire en los vacíos Ws = peso de sólido de suelo Ww = peso de agua en los vacíosSuponiendo que el peso del aire es despreciable, podemos dar el peso de la muestracomo W = Ws + WwDonde Ws = peso de los sólidos del suelo. Ww = peso del agua.Las relaciones volumétricas comúnmente usadas para las tres fases en un elemento desuelo son “la relación de vacíos, porosidad y grado de saturación” 25
  27. 27. La Relación de Vacíos (e) .- se define como la razón del volumen de vacíos al volumende sólidos Vv e = ----- VsLa Porosidad (n).- se define como la razón del volumen de vacíos al volumen total. Vv n = ----- VEl grado de Saturación (S).- se define como la razón del volumen de agua al volumende vacíos. Vw S = ----- VvNota: normalmente estas relaciones se expresan en porcentaje, para ello bastamultiplicar las razones anteriores por 100%Es fácil deducir la relación existente entre la relación de vacíos y la porosidad Vv Vv Vv/V n e = ----- = -------------- = --------------- = --------------- Vs V - Vv V/V – Vv/V 1 - n eDespejando n se tiene n = --------- 1 + eLas Relaciones Gravimétricas comunes son “el contenido de humedad y el pesoespecífico”El contenido de humedad (w) se llama también contenido de agua.- se define como larelación del peso de agua entre el peso de sólidos en un volumen dado de suelo.Generalmente se expresa también en porcentaje. Ww w = ---------- Ws 26
  28. 28. El Peso Específico ( γ ).- es el peso de suelo por volumen unitario W γ = -------- VEl peso específico se expresa también en términos del peso del sólido del suelo,contenido de agua y volumen total W Ws + Ww Ws (1 + Ww / Ws) Ws (1 + w) γ = ----- = -------------- = ----------------- = --------------- V V V VEl Peso Específico Seco ( γd ).- es el peso de suelo del suelo excluida el agua porvolumen unitario Ws γd = ---------- VDensidad del Suelo (ρ).- es la masa total de la muestra total del suelo por unidad devolumen m ρ = ---------- VDonde ρ = densidad del suelo (Kg/m3) m = masa total de la muestra de sueloAdemás se cumple: γ = ρ . g siendo g = aceleración de la gravedad = 9,81 m/seg2Consistencia del Suelo: Límites de AtterbergCuando existen minerales de arcilla en un suelo de grano fino, éste puede serremodelado en presencia de alguna humedad sin desmoronarse. Esta naturalezacohesiva es debida al agua absorbida que rodea a las partículas de arcilla. A principiode 1990 Albert Mauritz Atterberg, desarrolló un método para describir la consistencia delos suelos de grano fino con contenidos de agua variable. A muy bajo contenido deagua, el suelo se comporta más como un sólido frágil. Cuando el contenido de agua esmuy alto, el suelo y el agua fluyen como un líquido. Por lo tanto, dependiendo delcontenido de agua, la naturaleza del comportamiento del suelo se clasificaarbitrariamente en cuatro estados básicos, denominados: sólido, semisólido, plástico ylíquido. 27
  29. 29. El contenido de agua, en %, en el que la transición de estado sólido a semisólido tienelugar, se define como “límite de contracción”. El contenido de agua en el punto detransición de estado semisólido a plástico es el “límite plástico”, y de estado plástico alíquido es el “límite líquido”. Esos límites se conocen también como límites de Atterberg Sólido Semisólido Plástico Líquido Límite de Límite Límite Contracción Plástico LíquidoLímite Líquido (LL).- Es el mínimo contenido de agua al cual se tiene comportamientosemilíquido, se determina mediante el ensayo de laboratorio desarrollado porCasagrande.Límite plástico (LP).- es el máximo contenido de agua al cual se comienza a tenercomportamiento plástico, se determina en laboratorio mediante el ensayo propuesto porAtterberg.Índice de Plasticidad (IP).- Es la diferencia entre los límites líquido y plástico. IP = (LL – LP) 28
  30. 30. ANEXO BAnálisis Granulométricos Mediante Tamices.El tamizaje con mallas de alambre tejido es el método más ampliamente usado paradeterminar la distribución de tamaños en muestras de minerales, muestras de relaves uotros materiales.Los alambres se tejen de manera de formar aberturas cuadradas y el número deaberturas que existen en una pulgada en la dirección de los alambres se utiliza paraespecificar al número del tamiz. ------1pulgada--------Además de conocer el número de tamiz, para determinar la dimensión de la abertura,es necesario conocer el espesor de los alambres. Varias instituciones han propuestoseries estándar de tamices, en las cuales se especifican las dimensiones de lasaberturas. Las tablas B.1 y B.2 entregan las dimensiones de las aberturas para dosseries de tamices bien conocidas: la serie U.S.A. Estándar (ASTM) y la Tyler Estándar.Normalmente para realizar un análisis granulométrico, los tamices se escogen demanera que el cuociente entre la abertura de dos tamices consecutivos sea constante.Por ejemplo, los tamices Tyler Nº 10, 14, 20, 28, 35, 48, 65, 100 y 150 tienen una razón√2 = 1,414, es decir:Abertura Tamiz Nº10 = Abertura Tamiz Nº14 = ……………….. = 1,414..Abertura Tamiz Nº 14 Abertura Tamiz Nº 20 Tabla B.1. Número de mallas en las series ASTM y Tyler Serie ASTM Serie Tyler N° de tamiz Nº de tamiz Abertura (mm) (pulg.) (pulg.) 107,6 4,24 101,6 4 90,5 3½ 76,1 3 64 2½ 53,8 2,12 50,8 2 45,3 13 / 4 29
  31. 31. Serie ASTM Serie Tyler N° de tamiz Nº de tamizAbertura (mm) (pulg.) (pulg.) 38,1 11 / 2 32 11 / 4 26,9 1,06 1,05 25,4 1 22,6 7/8 0,883 19 ¾ 0,742 16 5/8 0,624 13,5 0,53 0,525 12,7 ½ 11,2 7/16 0,441 9,51 3/8 0,371 8 5/16 2½ 6,73 0,265 3 6,35 ¼ 5,55 3½ 3½ Tabla B.2. (Continuación) Serie ASTM Serie TylerAbertura ( μ m ) Nº de tamiz Nº de tamiz 4760 4 4 4000 5 5 3360 6 6 2830 7 7 2380 8 8 2000 10 9 1680 12 10 1410 14 12 1190 16 14 1000 18 16 841 20 20 707 25 24 595 30 28 500 35 32 420 40 35 354 45 42 297 50 48 250 60 60 210 70 65 177 80 80 30
  32. 32. Serie ASTM Serie Tyler Abertura ( μ m ) Nº de tamiz Nº de tamiz 149 100 100 125 120 115 105 140 150 88 170 170 74 200 200 63 230 250 53 270 270 44 325 325 37 400 400 Tabla B.3. Ejemplo de distribución granulométrica, representada en forma tabulada Nº Tamiz Tyler Abertura(mm) Peso ( g) f (%) Fu (%) Fo (%) 10 2 1,3 1,1 98,9 1,1 14 1 6,7 5,6 93,3 6,7 20 0,85 24,7 20,6 72,7 27,3 28 0,6 31,7 26,4 46,3 53,7 35 0,42 22,2 18,5 27,8 72,2 48 0,3 13 10,8 17 83 65 0,21 7,1 5,9 11,1 88,9 100 0,15 4,7 3,9 7,2 92,8 150 0,105 3,2 2,7 4,5 95,5 Residuo - 5,4 4,5 - -En donde: f(%) = fracción retenida en el tamiz respecto del total de la muestra expresada en %. Fu(%) = Fracción acumulada bajo el tamaño del tamiz. Fo(%) = Fracción acumulada sobre el tamaño del tamiz. 31
  33. 33. 30 26,4 25 20,6 20 18,5 f 15 Serie a ( %) 10,8 10 5,9 5,6 4,5 3,9 5 2,7 1,1 0 0 0,08 0,11 0,15 0,21 0,3 0,42 0,6 0,85 1,2 1,68 1,83 Tamaño ( mm )Figura B.1. Representación gráfica de histograma de la fracción retenida en el tamañoFigura B.2. Representación gráfica de curva de la fracción acumulada bajo el tamaño 32
  34. 34. Tabla B.4. Recomendada por SERNAGEOMIN para la entrega de información de análisis granulométricos, según sector, es decir, Pie y Falda, cuando corresponda. Sector gramos Promedio % Mallas retenidos % retenido ponderado acumuladoN° Tyler A B A B % retenido bajo 35 48 65 100 150 200 -200 Total 1 1 = Curva típica de lamas 3 (overflow, fracción fina) 2 = Curva típica de arenas (underflow, fracción gruesa) 3 = Rango típico de relaves completos 2 Figura B.3. Distribuciones granulométricas típicas de relaves de Cobre 33
  35. 35. ANEXO CMedición de concentración y peso específico de pulpas con balanza tipo MarcyCaracterísticas de la balanzaLa balanza Marcy entrega una lectura rápida y directa del porcentaje de sólidos en pesode la pulpa de relaves, también su gravedad específica y la gravedad específica de lossólidos secos. Sin embargo, es necesario mencionar que los valores de las medidasobtenidas son de una precisión aceptable en operación para controlar el proceso yaproximadas a la verdadera.Con la balanza Marcy se pueden medir determinar: Peso de muestras en gramos o kilogramos. Peso o Gravedad específica de líquidos o pulpas. Porcentaje de sólidos en peso contenido por la pulpa de cualquier gravedad específica. Peso o gravedad específica de sólidos secos. Figura D.1. Balanza tipo MarcyAlgunas de las características de la balanza tipo Marcy son: Posee una construcción simple y sólida. Es fácil de operar, ya que no es necesario pesar las muestras separadamente. Se usa con sólidos de cualquier rango, es decir, de densidad pesada o liviana ya se disponen diferentes carátulas de lectura intercambiables. Las balanzas posee recipientes cilíndricos plásticos o metálicos con agujeros (agujeros de rebalse) para permitir un llenado máximo de 1000 cc. Cada balanza tiene una carátula o dial, adherida permanentemente, con anillos concéntricos (de colores rojo, blanco y amarillo) adecuados para la gravedad específica de los sólidos de la pulpa, sin embargo estas carátulas son intercambiables, por lo que con ellas se cubre un rango de gravedad específica de sólidos secos, considerable. 34
  36. 36. N°carátula #2 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 #3 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 #4 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 #5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 #6 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 #7 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4 #8 3,8 3,9 4 4,1 4,2 4,3 4,4 #9 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 # 10 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,6 5,8 # 11 5,6 5,8 6 6,2 6,4 6,6 6,8 # 12 6,6 6,8 7 7,2 7,4 7,6 7,8 Figura D.2. Números de esferas intercambiables y rangosMetodología de MediciónCalibración de la balanza tipo MarcyLa balanza debe ser colgada de manera tal que quede suspendida libremente en elespacio. Luego se debe llenar el recipiente cilíndrico con 1000[cc] de agua pura ycolgarlo del gancho de la balanza y posteriormente limpiar la superficie exterior delrecipiente de algún material adherido, para obtener una lectura más precisa. La agujade la balanza deberá marcar 1000 en el anillo concéntrico mayor, quedando en posiciónvertical. Si eso no ocurriere, se debe “girar la perilla de ajuste de la aguja indicadora”,ubicada sobre el gancho, y llevar esta aguja a la lectura 1000. En ese momento labalanza estará calibrada. (este procedimiento debe realizarse siempre con ciertafrecuencia para asegurar la calibración de la balanza).Nota.- Siempre al estar el recipiente cilíndrico vacío colgado en el gancho de la balanza,la aguja en la carátula estará marcando un poco antes del punto 1000 en el anillo másexterno.Toma de muestra de la pulpa a ser medidaPara la toma de muestra, se debe llenar el recipiente con la pulpa o el líquido deseado.El nivel del líquido o pulpa tiene que alcanzar las perforaciones de rebalse.Posteriormente limpie el material de la parte exterior del recipiente y finalmente se tieneque colgar de la balanza, determinándose la gravedad específica de la pulpa o elporcentaje de sólidos en la pulpa. 35
  37. 37. Porcentaje de Sólidos en Peso (Cp)Si se conoce la gravedad específica del sólido en la pulpa, el porcentaje de sólidos enpeso (Cp) se puede leer directamente en el anillo concéntrico correspondiente a lagravedad específica del sólido contenido en la pulpa. Para esto, se debe colgar elrecipiente lleno de pulpa en la balanza. El porcentaje de sólido en la pulpa se lee en elsentido de los punteros del reloj en el anillos concéntrico correspondiente.Gravedad Específica de la pulpaCuelgue el recipiente lleno en la balanza siguiendo los pasos anteriormentemencionados y lea la gravedad específica de la pulpa en el anillo concéntrico de mayordiámetro de la carátula o dial. (anillo más externo)Gravedad Específica de un SólidoPrepare una muestra de material representativa, seca, entre -10 mallas y +100 mallas(Tyler). Cuelgue el recipiente vacío y seco de la balanza y empiece a llenarlo con lamuestra hasta que la aguja indique 1000 g. en el anillo exterior del dial. Vacíe lamuestra en algún receptáculo. Llene un tercio del volumen del recipiente con agua yvierta el material de a poco en el recipiente, asegurándose que las partícula de mineralse mojen completamente y se eliminen las burbujas de aire, en este proceso vayarevolviendo con una varilla de vidrio limpia .Cuelgue el recipiente de la balanza ycomplete el volumen con agua hasta las perforaciones del rebalse. Lea la gravedadespecífica del sólido directamente en el anillo concéntrico de menor diámetro de lacarátula (anillo mas interno).Procedimiento de “Mallaje” de la pulpa de arenas del muroPara determinar el contenido del % bajo la malla 200 (Tyler) de las arenas del muro decontención en un tranque de relaves, se puede utilizar la balanza Marcy, realizándole ala “pulpa de arenas”, o sea, al flujo del material grueso del Hidrociclón (Underflow), loque en la práctica se le denomina Millaje y que consiste en lo siguiente:Se toma una muestra de un poco mas de i000 cc de pulpa del flujo de arenas delHidrociclón (recipiente cilíndrico lleno tapando con los dedos los agujeros de rebalse)Luego se lleva con cuidado esta pulpa y se cuelga el recipiente en el gancho, en estepunto al soltar el recipiente el volumen sobrante de la pulpa rebalsará por los agujeros,allí queda en el recipiente un litro de pulpa,Luego se debe limpiar la superficie del recipiente cilíndrico con agua utilizando unapizeta para asegurar una mejor lectura. 36
  38. 38. Se lee el % de sólidos en peso de la pulpa de arenas (Cp inicial) en el anillo quecorresponda.Después se vacía toda la pulpa sobre un tamiz N°200 (74 micrones) y se hace untamizaje en húmedo al material de arenas, utilizando un flujo suave de agua, lavando elmaterial hasta que el agua que atraviesa la malla salga limpia, sin partículas bajo lamalla 200 (ir palpando el agua con la mano).El flujo de agua y partículas que atraviesan la malla durante el tamizaje en húmedo sebota y no es necesario recuperar.Luego el material de arenas que quedó sobre la malla N°200, se vuelve a introducir enel recipiente cilíndrico de la balanza, con mucho cuidado e ir lavando la malla utilizandoun flujo pequeño de agua y que no sobrepase de los 1000 cc.Se cuelga el recipiente y se completan los 1000cc con agua y se vuelve a medirnuevamente el % de sólidos en peso de la pulpa que se formo (Cp final)Final mente con los dos datos de Cp inicial y Cp final se determina el % bajo la malla200 que contiene la arena del muro utilizando la siguiente fórmula: [ Cp inicial – Cp fina l ] %bajo malla 200 = 100 x -------------------------------------- Cp inicial 37
  39. 39. ANEXO DControl PiezométricoFabricación de PiezómetrosUna idea sencilla que se recomienda utilizar para medir el nivel freático en los muros dearenas de Tranques de Relaves de pequeño o mediano tamaño, es el uso depiezómetros de las siguientes características: Se utiliza una tubería de PVC corriente de 1” o 2” de diámetro interior. Se tapa en un extremo con un flange ciego. Se perfora a partir del flange con orificios de 2 a 3 mm. de diámetro, en un largo de 30 cm.Ubicación de los PiezómetrosPara controlar el nivel freático es necesario colocar varios piezómetros en una línearecta distante más o menos 25 m. uno de otro, tratando que algunos queden en la líneadel eje de coronamiento del muro de partida o bien un poco hacia el interior del tranque(sector de la playa) y los otros en el interior del muro de contención ubicados en elsector del talud exterior del muro de arena (sector de arenas). Se hace una perforación de 80 cm. de profundidad y 80 cm. de ancho por lado del cuadrado formado, en el lugar donde se colocará el piezómetro. Se coloca en la perforación hecha el piezómetro preparado. Se coloca una primera capa de 30 cm. de grava que tiene una granulometría de dimensiones que fluctúa entre 25 y 50 mm. Se coloca una segunda capa de 30 cm. de gravilla que tiene granulometría de dimensiones que fluctúan entre 3 y 25 mm.; y Se coloca una tercera y última capa de 20 cm. de arena gruesa del hidrociclón. Figura D.1. Esquema del Piezómetro propuesto. 38
  40. 40. Procedimiento de Control de Nivel FreáticoSe usa un miliamperímetro o tester indicador, y una extensión de alambre eléctrico queen una punta va conectado al miliamperímetro o tester y en la otra conectado a unapequeña sonda o sensor, que se introduce en el piezómetro. Este sensor al contactocon el agua, que pueda tener el piezómetro, hace moverse la aguja indicadora delmiliamperímetro o tester lo cual nos indica la altura o nivel donde está el agua libre onapa.Antes de hacer las medidas es conveniente comprobar si el piezómetro está encondiciones de trabajo. La manera más sencilla de controlar el piezómetro esagregando agua al interior de éste y tomar el tiempo de filtración; si éste es rápido y nologramos llenar el tubo comprobaremos fehacientemente que “el aparato de medicióndel nivel freático” (piezómetro) está en condiciones normales de trabajo. (en operaciónsuele ocurrir que los piezómetros están tapados en su interior con arenas, para evitaresto, siempre debe tenerse el cuidado de colocarle y dejarlo con una tapa en la puntasuperior del tubo piezométrico al finalizar las medidas).Equipo Miliamperímetro o Tester indicador Carrete Cable conductor Sensor Huincha de medirProcedimiento de medición a) Desenrollar el cable conductor del carrete a una cierta cantidad de metros. b) Colocar el miliamperímetro o tester indicador con vista hacia el operador del instrumento. c) Bajar lentamente, por dentro del piezómetro, el cable conductor que esta conectado al sensor en su extremo. d) Al bajar el cable conductor con el sensor, por el interior del tubo piezométrico se debe estar mirando constantemente el tester, ya que cuando el sensor haga contacto con agua, la aguja del tester se moverá inmediatamente. e) En el momento que se produce el contacto con el agua, se debe colocar una marca en el cable, justo en el punto que coincide con la boca del tubo piezométrico, luego se retira el cable conductor con el sensor y se mide el largo total entre la marca realizada y el extremo final del sensor. f) El punto anterior se puede repetir para asegurar la medida. 39
  41. 41. g) Finalmente se recomienda llevar una hoja de registro de cada uno de los piezómetros con los datos de medición obtenidos, procurando realizar las mediciones en forma periódica y eligiendo siempre un día determinado de la semana, además se puede confeccionar un gráfico de estos registros para su análisis. Figura D.2.Esquema Piezométrico con tubo perdido. 40
  42. 42. Figura C.3. Esquema del Piezómetro de Casagrande con dimensiones típicas 41

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