“EVALUACIÓN DEL USO DE RELAVES MINEROS PARA LA FABRICACION DE CONCRETO F’C=140 Kg/cm² (VEREDAS)”
1 INTRODUCCION El presente trabajo de investigación que realizaremos durante el desarrollo del semestre académico viene dado por el siguiente título: “EVALUACIÓN DEL USO DE RELAVES MINEROS PARA
LA FABRICACION DE CONCRETO DE
CONCRETO F’C=140 Kg/cm²” (VEREDAS), tema que es de sumo interés ambiental y se desarrolló para formular y evaluar una alternativa de solución a la problemática ambiental regional crítica, mediante la aplicación de un valor agregado de manera directa al relave, que permita el reuso de relave bajo la forma de agregado para la fabricación de veredas de concreto f´c=140 kg/cm2. El impacto en costos tanto económicos como sociales del manejo de estos materiales, cobra tal importancia que cualquier alternativa que permita reciclar o reutilizar el relave minero sin afectar al medio ambiente reduciría la contaminación, incrementaría el tiempo de servicio de los depósitos de relave y generaría menores costos. La presente investigación propone incorporar relave minero en mezclas de concreto, con objetivos específicos de reciclar relave minero y encontrarle usos sostenibles en las poblaciones cercanas a las operaciones mineras. Cabe precisar que se realizaron estudios anteriores utilizando los relaves mineros en la fabricación de unidades de albañilería y como aditivo puzolanico, cuyos resultados fueron aceptables Actualmente, existe una enorme relavera en las afueras de la ciudad de Cerro de Pasco, al costado del centro Poblado de Champamarca, dicho depósito de relaves pertenece a la Cía. Minera Cerro SAC, anteriormente VOLCAN Compañía Minera. El siguiente depósito de relaves es el de “San Miguel”, ubicado en el Centro
Poblado La Quinua; los cuales constituirán nuestro objeto de investigación entre pasivos y activos mineros. .Esta actividad de transformación que resuelve, en alguna medida, el problema de la contaminación, también contribuirá a mejorar la calidad de vida de las comunidades al utilizar estos materiales para la fabricación de veredas y sus posibles repercusiones en el campo del desarrollo científico y/o aplicaciones en la industria de la construcción. 1. EL PROBLEMA 1
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La minería constituye la principal actividad económica de la región. Sobresale la producción de zinc (55%), seguido de plata (24%) y cobre (11%). Entre las principales empresas mineras se encuentran; Compañía Chancadora Centauro, Cerro SAC., Minera Milpo S.A., Empresa Administradora Chungar, Sociedad Minera El Brocal S.A., Compañía Minera Huarón, Compañía Minera Chungar y Compañía Minera Aurex. En los distritos de Chaupimarca, Simón Bolívar, Yanacancha, Tinyahuarco, Yarusyacán y Huayllay de la Provincia de Pasco, actualmente vienen operando 7 plantas de beneficio de mineral, todas ellas produciendo una gran diversidad de agentes contaminantes.
La imagen generalizada de la minería es negativa, en buena medida por los llamados pasivos ambientales dejados por operaciones mineras tanto antiguas como recientes correspondientes hasta fines del siglo pasado, antes de que se promulgara en el Perú la copiosa legislación ambiental minera que la encausa, muy en particular en el aspecto del cierre de la mina. Los relaves mineros existen bajo dos modalidades, como pasivos y como activos mineros. Los pasivos ambientales mineros involucran tanto a los socavones como
a los botaderos y los relaves, siendo este último el más dañino al ecosistema. Se han identificado hasta el momento 40 pasivos ambientales, ubicados en las provincias de Pasco y Daniel Carrión, cada uno de estos representa una alteración al medio físico, con el riesgo permanente de contaminación ambiental, generando un impacto visual negativo y continúa contaminación por efectos climatológicos del medio físico y circundante. Viendo el impacto económico que tiene el sector minero en nuestra sociedad, apostar por tecnologías nuevas y limpias que reduzcan posibles consecuencias negativas en el medio ambiente. Los relaves mineros son residuos resultantes del proceso de recuperación selectiva de ciertos minerales, son esencialmente partículas de roca finamente molida que carecen de valor económico y se hallan mezcladas con agua y algunos componentes químicos como cal y reactivos de la familia de los hidrocarburos en muy pequeñas cantidades. Debido a que la industria minera genera una gran cantidad de relaves y necesita mucho espacio para su disposición y almacenamiento, es de mucha utilidad encontrar una tecnología que recicle y reutilice el relave sin afectar al medio ambiente. Esta problemática ya ha sido tomada en cuenta en el proyecto de ley No. 1974/2012-CR que lleva como título “LEY QUE DECLARA DE INTERES NACIONAL Y DE NECESIDAD PUBLICA LA TRANSFORMACION DE ELAVES MINEROS EN MATERIALES DE CONSTRUCCION”. Tomando en cuenta lo anterior, el presente estudio propone incorporar relave minero en mezclas de concreto para su uso en veredas, actividad de transformación que resuelve en alguna medida el problema de contaminación.
2
FORMULACION DEL PROBLEMA
Evaluación de los relaves mineros para la obtención de agregados de construcción y su aplicación en la fabricación de veredas de concreto f’c=140 kg/cm2.
¿Cuál es la metodología para que el relave minero quede libre de agentes tóxicos y metales pesados?
¿Cuál es el proceso que debe aplicarse para establecer la efectividad del relave minero como agregado para el concreto?
¿La utilización de los relaves mineros servirá para alcanzar una resistencia a la compresión de f’c=140 kg/cm2?
¿Servirá el concreto en mención para la fabricación de veredas con un tiempo de vida útil aceptable?
3
OBJETIVOS
1
OBJETIVO GENERAL Evaluar el uso de los relaves mineros para la fabricación de veredas de concreto f’c=140 kg/cm2.
2
OBJETIVOS ESPECÍFICO
Determinar mediante ensayos el grado de eficiencia para que los relaves mineros pueden ser usados para la fabricación de concreto
Revisar y analizar la información disponible de resultados de ensayos de relaves mineros, ya sean in situ o laboratorio.
Analizar la granulometría de los relaves mineros
Realizar el diseño de mezcla utilizando los relaves mineros como Reemplazo en un determinado porcentaje del cemento.
4
JUSTIFICACION DE LA INVESTIGACION
Mediante la presente investigación, se busca dar solución a la problemática ambiental minera de las relavaras de gran volumen, tomando como puntos de estudio los depósitos de relaves de: Excélsior (Quiulacocha), Milpo (Milpo), San Miguel (La Quinua). Usar los relaves mineros que generan contaminación en el medio ambiente y que pueden ser utilizados para la fabricación de veredas de concreto de f’c=140 kg/cm2. El trabajo de investigación, contempla, en primer lugar, beneficiar a las poblaciones colindantes a los depósitos mineros y a las empresas mineras. ya que proponemos una solución a la contaminación originada por esta.
5
LIMITACIONES
Por la complejidad del proyecto, tomando en cuenta los muchos ensayos; se necesitara de considerables recursos financieros.
Por la dificultad de los ensayos a realizar, el tiempo es limitado para la ejecución de los mismos. La poca información y/o antecedentes relacionados con nuestro entorno a la que se tiene acceso.
2 MARCO TEÓRICO 1
ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION
Los antecedentes estudiados están compuestas por información relevante que ayudaron a un análisis más adecuado y exhaustivo en nuestra investigación, dichos estudios han tratado de establecer resultados representativos con lo que respecta al uso de relaves mineros en la fabricación de concreto. A continuación se describen algunas recopilaciones de estudios que incluyeron el uso de relaves mineros en la fabricación de concreto:
A. TESIS: “ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL EMPLEO DE MATERIALES DE
DESECHO
DE
PROCESOS
MINEROS
PRÁCTICAS CON PRODUCTOS CEMENTICIOS” Autor: Gerson Alfredo Anicama Acosta Fecha: Lima, Junio del 2010 OBJETIVOS DEL ESTUDIO
EN
APLICACIONES
Dentro de un grupo de 3 muestras de relave minero, verificar a través de ensayos experimentales la factibilidad del uso de los mismos en concreto.
Proponer aplicaciones prácticas para el concreto encontrado; que puedan usarse en poblaciones cercanas a las operaciones mineras.
RESUMEN DE TESIS En el actual contexto “ecológico” de la minería moderna, uno de los principales problemas que tiene la industria es la adecuada disposición y almacenaje de los subproductos del procesamiento de los minerales, comúnmente denominados “relaves”. A diferencia de las escorias que son un subproducto de la fundición de la mena para purificar los metales, los relaves mineros no son tan utilizados y se desconocen sus posibles aplicaciones. El impacto en costos tanto económicos como sociales del manejo de estos materiales, cobra tal importancia que cualquier alternativa que permita reciclar o reutilizar el relave minero sin afectar al medio ambiente reduciría la contaminación, incrementaría el tiempo de servicio de los depósitos de relave y generaría menores costos; siendo de gran interés para las operaciones mineras en general. Una de las alternativas para realizar este reciclaje del relave, consiste en incorporarlo en la construcción de estructuras que resistan los efectos ambientales e intemperismo, como por ejemplo losas, muros de contención, cimientos, presas, etc. siendo el material ideal para este propósito el concreto.
Tomando en cuenta lo anterior, el presente estudio propone incorporar relave minero en mezclas de concreto, con objetivos específicos de reciclar relave minero y encontrarle usos sostenibles en las poblaciones cercanas a las operaciones mineras. La incorporación de relave puede hacerse como relleno volumétrico o como adicionado puzolánico. Los ensayos realizados en el presente estudio contemplan ensayos a los materiales involucrados (agregados, cemento, relaves), ensayos al concreto en estado fresco y ensayos al concreto en estado endurecido. Siendo los principales y más importantes los ensayos de resistencia a la compresión (ASTM C39 C39M), tracción por compresión diametral (ASTM C496 C496M) y abrasión (ASTM C944 C44M). Nuestra investigación nos lleva a descartar el uso del relave minero como relleno volumétrico, debido a que siendo éste material tan fino (M.F. alrededor de 0.60) tendríamos que usar mayor cantidad de aditivo para conseguir una mezcla trabajable, además dicho material también presenta mucha cantidad de sulfatos en su composición (alrededor de 1000 ppm.) que podrían degenerar en problemas potenciales de durabilidad para el concreto. Se podría concebir usar relave minero en cantidades grandes para aplicaciones temporales, por ejemplo en sostenimiento temporal de túneles como shotcrete. La metodología para el uso del relave como adicionado puzólanico consistió en preparar mezclas de concreto con diferentes porcentajes de reemplazo de cemento por relave (se han propuesto reemplazos del orden del 10%, 15% y para algunos casos reemplazos de 20% y 25%). Se evaluó la resistencia a compresión a 3, 7 y 28 días; y para los ensayos de tracción por compresión diametral y abrasión se evaluaron sólo a 28 días de edad.
En base a los resultados obtenidos se propone usar concretos con relave incorporado para construir losas con poco tránsito y veredas. Se propone también investigar la aplicabilidad de los relaves mineros como morteros para asentado de muros de albañilería, bloques de concreto vibrado, cimientos corridos, falsas zapatas, shotcrete y presas de concreto rolado; para intentar así tener un abanico más amplio de aplicaciones de estos materiales.
B. TESIS: “DISEÑO DE PRESA DE RELAVES ALPAMARCA Y EL USO DE MATERIALES DE MINA COMO CUERPO DE PRESA” Autor: Aquiles Martin Villanueva Jiménez Fecha: Lima, Perú del 2006 OBJETIVOS DEL ESTUDIO
Optimizar resultados sobre las características y propiedades de los relaves mineros.
Conocer si estas propiedades ayudarán al desarrollo de nuestra investigación.
C. ESTUDIO: “CARACTERIZACIÓN DE LA PASTA DE RELAVE PARA USO COMO RELLENO EN LABORES MINERAS” Autor: Alfonso A. Romero Fecha: Huancayo, Perú del 2012 OBJETIVOS DEL ESTUDIO
Establecimiento de los parámetros técnicos de las propiedades de la pasta de relleno que se va a obtener a partir del relave.
Valorizar resultados producto de la investigación.
RESUMEN DEL ESTUDIO El presente paper hace referencia al estudio de los parámetros técnicos del relave de Ticapampa y su aplicación para el relleno en pasta. Para este caso, se ha considerado como un caso típico a la relavera de Ticapampa, por ser una de las más representativas e importante así como su compleja composición. Como se sabe, la pasta es una mezcla de agua con sólidos de alta densidad que contiene abundante partícula fina con un bajo contenido de agua, controlado con el cono de Abrahams. El propósito principal del estudio se fundamenta en el establecimiento de los parámetros técnicos de las propiedades de la pasta de relleno que se va a obtener a partir del relave para ser utilizado como material de relleno hidráulico en las labores de la minería subterránea, como son las galerías principales, las chimeneas y tajeos así como otras que requieren sostenimiento y protección al medio geológico circundante de los futuros hundimientos y fallas causadas por estas labores mineras. El uso del relave minero poli metálico, con metales pesados en su contenido, pasan a ser; insumo para los trabajos de sostenimiento geomecánico en las
minas subterráneas, con parámetros físico-químicos
estables, estableciéndose una metodología de uso en las mismas labores que los
generaron y
actualmente muchos de ellos están almacenados en depósitos
denominados pasivos ambientales mineros.
HISTORIA DEL OBJETO EN ESTUDIO
A través de los años la minería ha ido ubicándose entre el movimiento económico más importante que realiza el Perú, posterior a esto la investigación que realizaremos viene dada principalmente por la búsqueda de una alternativa mejorativa sobre el uso de los relaves como es la fabricación de concreto f¨c= 140 kg/cm2 para veredas, material que también podría ser usado en otras obras de concreto ya sea: Sardineles, Solados, Tarrajeos, Morteros, etc. Existen registros de las mineralizaciones de cobre en Andacollo antes de la conquista y colonización española, desde los tiempos prehispánicos. Pero su explotación
solo
se
inició
recién
a
principios
de
siglo
XX.
Branden Copper en 1910, realiza alrededor de 11 sondeos que arrojan minerales oxidados
de
cobre
de
baja
ley
y
abandona
el
proyecto.
La primera explotación oficial se produce hacia el año 1914 y la inició don Luis Amenabar Ossa, estando localizada en la zona llamada El Culebron y fue bautizada con el nombre de La Mina Hermosa. Se hizo un pique y se montaron labores (túneles laterales al pique) para trabajar las vetillas subterráneas de alta ley. Lo
que
se
producía
era
enviado
a
la
Fundición
de
Guayacán.
Las aguas de La Mina Hermosa tenían altas concentraciones de sulfato de cobre [thiobacillus ferrooxidans y llegó así la lixiviación bacterial de sus sulfuros de cobre], con lo cual en la década de los 60 los hermanos Beltrán y Luis Amenabar explotaban exclusivamente las aguas de la mina, precipitando de ellas cemento de cobre
de
52%
Cu
con
chatarra
de
fierro.
A mediados de los años 50, proliferaron los piques y labores para explotar las vetillas de cobre de alta ley, estas pertenencias mineras eran arrendadas por sus dueños a los mineros, que de manera irregular, avanzaron con sus labores sin una planificación definida por la imposibilidad económica de tener asesoría topográfica, además de no poseer garantías para acceder a los créditos de ENAMI. ¿Quiénes
eran estos mineros? Los pirquineros postergados de siempre por todos los gobiernos
de
turno
que
limitaban
estos
trabajos
mineros.
En los piques los baldes para subir el mineral eran utilizados para bajar a los pirquineros al subterránea. Las condiciones infrahumanas de subsistencia, posibilitaron incontables accidentes fatales, rompiendo amargamente a decenas de familias. A continuación se mostrarán imágenes historiales de las exportaciones mineras producidas en el Perú a través de los años.
Teniendo en cuenta este historial es innegable el hecho de que luego de la producción de mineral en el Perú, pues queda gran cantidad de desechos de contaminantes
ambientales
en
los
alrededores
de
los
tajos
de
mina;
consecuentemente a eso es necesario intentar hacer un mejor uso, en este caso una reutilización, de los relaves mineros producto de la explotación misma.
