GUIA 1 (baja)[1]

(1)

Fitoestabilización de

Depósitos de Relaves en Chile

Guía N° 1:

Metodología General

Rosanna Ginocchio cea

cr  ig Mr  Mlúrg

PedRo León-Lobos

i  ig agrpr

www.fitoestabilizacion.cl www.fitoestabilizacion.cl INIA INIA Ministerio de Ministerio de Agricultura Agricultura

(2)

Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Gua N° 1: Metodologa General

Gua N° 1: Metodologa General N° de Inscripción: 171.924 N° de Inscripción: 171.924

ISBN Obra Completa: 978-956-7226-09-2 ISBN Obra Completa: 978-956-7226-09-2 ISBN Volumen 1: 978-956-7226-10-8 ISBN Volumen 1: 978-956-7226-10-8 Enero de 2011

Enero de 2011

Diseño e impresión: Andros Impresores Diseño e impresión: Andros Impresores www.androsimpres

(3)

Centro de Investigación Minera y

Centro de Investigación Minera y Metalúrgica, CIMMMetalúrgica, CIMM Instituto de Investigaciones Agropecuarias, INIA Instituto de Investigaciones Agropecuarias, INIA Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Gua N° 1: Metodologa General

Gua N° 1: Metodologa General N° de Inscripción: 171.924 N° de Inscripción: 171.924

ISBN Obra Completa: 978-956-7226-09-2 ISBN Obra Completa: 978-956-7226-09-2 ISBN Volumen 1: 978-956-7226-10-8 ISBN Volumen 1: 978-956-7226-10-8 Enero de 2011

Enero de 2011

Diseño e impresión: Andros Impresores Diseño e impresión: Andros Impresores www.androsimpres

(4)

Equipo profEsional Equipo profEsional

CIMM INIA-Iniai

Elena

Elena Bustamante

Bustamante

Jaime Cuevas

Jaime

Cuevas

Isabel

Isabel Camus

Camus

Ismael Jiménez

Ismael

Jiménez

Luz

Luz Mara

Mara de

de la

la Fuente

Fuente

Sergio

Sergio Silva

Silva

Claudia Santibáñez

Y

Yasna Silva

asna Silva

Paola Urrestarazu

EntidadEs asociadas EntidadEs asociadas

Francisco Luis Bernández Francisco Luis Bernández

SERNAGEOMIN

Ministerio de Minería

(5)

(6)

E

stos documentos técnicos fueron generados a partir del proyecto Innova Chile de_{CORFO 04CR9IXD-01, titulado} _{Uso de recursos fitogenéticos nativos para la fitoesta-}

bilización de depósitos de relaves en la Región de Coquimbo. El proyecto fue generado

y liderado por la Unidad de Fitotoxicidad y Fitorremediación del Centro de Investigación Minera y Metalúrgica (CIMM) y coejecutado por el Centro Regional Intihuasi del Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA).

Los documentos constituyen un aporte pionero y único para el pas, entregando direc-trices prácticas para la aplicación de una tecnologa sistematizada y validada para la adecuada y efectiva estabilización fsica, qumica y biológica de depósitos de relaves postoperativos y abandonados presentes en la zona norte-centro del pas, como es la fitoestabilización. Cada una de las guas contenidas en esta obra es una entidad única que puede ser consultada en forma independiente, pero todas ellas se complementan para entregar la información fundamental y necesaria para la aplicación de la tecnología de fitoestabilización en depósitos de relaves postoperativos y abandonados del pas. Es importante destacar que los principios generales de esta tecnologa también pueden ser aplicados a otros desechos mineros masivos, como botaderos de estériles y pilas de lixiviación, y a suelos contaminados con metales y metaloides, como los impactados por operaciones históricas de fundición de minerales. Sin embargo, ésta debe ser adaptada a las particularidades de estos sustratos.

La adecuada implementación de esta tecnología contribuirá a proteger la salud humana y el medio ambiente, al reducir las vas de exposición a los metales y metaloides

con-tenidos en los desechos mineros masivos, además de permitir a las empresas mineras dar cabal cumplimiento a las nuevas regulaciones relacionadas con el cierre de faenas mineras. A su vez, esta tecnologa permitirá la rehabilitación de las áreas perturbadas, revitalizándolas y permitiendo usos posteriores.

Finalmente, los editores de esta obra quieren destacar y agradecer en forma especial el importante apoyo de Anglo American y de sus profesionales, tanto en el proceso de desarrollo y de validación de la tecnología de estabilización a la realidad nacional como en la impresión de estos documentos. El interés de Anglo American por colaborar y apoyar este tipo de iniciativas ratifican el compromiso de esta compañía por desarrollar sus operaciones y la totalidad de las etapas de gestión siguiendo los más altos estándares ambientales, tanto internacionales como nacionales.

(7)

(8)

1. INtroduCCIóN ₉

2. depósItos de relAves eN ChIle Norte-CeNtrAl ₁₁

2.1. Minera metálica y depósitos de relaves 11

2.2. Caractersticas generales de los depósitos de relaves 11

2.3. Depósitos de relaves y medio ambiente 15

3. teCNologíA de fItoestAbIlIzACIóN: ANteCedeNtes geNerAles ₁₇

3.1. Caractersticas generales de la fitoestabilización 18

3.2. Fitoestabilización versus forestación y revegetación 19

3.3. Especies vegetales para la fitoestabilización 23

3.3.1. Restricciones qumicas por exceso de metales 23

3.3.2. Restricciones climáticas sitio-especficas 26

3.3.3. Uso posterior o alternativas de rehabilitación 27

3.4. Acondicionadores para la fitoestabilización 27

4. teCNologíA de fItoestAbIlIzACIóN: depósItos de relAves ₃₁

Etapa 1: Caracterización sitio-especfica y recursos financieros 32

1.1. Caracterización general del área 32

1.2. Caracterización del depósito de relaves 33

1.3. Recursos financieros disponibles 41

1.4. Otros aspectos relevantes 41

Etapa 2: Materiales locales disponibles 42

2.1. Especies vegetales 42

(9)

Etapa 3: Ensayo piloto de fitoestabilización 52

3.1. Selección del sitio 53

3.2. Selección del diseño experimental 53

3.3. Establecimiento del ensayo 54

3.4. Monitoreo 54

Etapa 4: Fitoestabilización a gran escala 58

4.1. Preparación del terreno y establecimiento de la vegetación 58

A) Nivelación del terreno 58

B) Descompactación del sustrato e incorporación de acondicionadores 59

C) Obtención y preparación del material vegetal 62

D) Riego 67

4.2. Monitoreo y manejo posterior 70

A) Monitoreo 70

B) Manejo posterior 71

(10)

L

a disposición de grandes volúmenes de_{residuos mineros sólidos en los suelos,}

tales como los depósitos de relaves, puede resultar en la generación de diversos im-pactos ambientales, particularmente cuando su disposición, manejo y abandono son inadecuados. Estos impactos varan entre la disminución en la calidad estética del paisaje, la pérdida de hábitats naturales y de terrenos con otros usos potenciales, la con-taminación de los suelos y de las aguas con metales/metaloides y los efectos negativos potenciales para la salud humana, los eco-sistemas y los eco-sistemas silvoagropecuarios. La intensidad y diversidad de los impactos ambientales posibles de ocurrir a partir de un desecho minero masivo cualquiera de-penderán, sin embargo, de las características sitio-específicas del área de emplazamiento (ej. clima, topografía, cercanía a centros poblados, ecosistemas naturales y zonas silvoagropecuarias), de las características fisicoquímicas del desecho en cuestión y de las medidas de manejo utilizadas por parte del propietario del desecho minero.

En el caso de los relaves generados a partir de los procesos de concentración de minerales por flotación, su disposición, manejo y abandono inadecuados pueden resultar en impactos ambientales negativos de largo plazo y de gran escala espacial. Por ejemplo, cuando las superficies de los depósitos de relaves no son estabilizadas en forma adecuada pueden generarse impac-tos ambientales direcimpac-tos relacionados con

la dispersión del material particulado fino rico en metales (ej., cobre, Cu, cinc, Zn, cadmio, Cd) y metaloides (ej., arsénico, As) hacia los suelos y cursos de agua cercanos, con los consecuentes riesgos para la salud humana, la agricultura y los ecosistemas naturales. En las zonas norte y centro de Chile, los agentes más importantes de dis-persión de los relaves han sido el colapso de los muros ante fuertes sismos, el viento (erosión eólica), las precipitaciones intensas (erosión hídrica) y el arrastre del material por los aluviones y las crecidas de los cursos de agua en los años extremadamente lluviosos (ej., años influenciados por el fenómeno El Niño-Oscilación del Sur o ENOS).

Adicionalmente, los relaves pueden sufrir transformaciones qumicas secundarias al quedar expuestos a ciertas condiciones cli-máticas (ej., zona altoandina de los Andes de Chile central), particularmente cuando poseen altos contenidos de sulfuros de

metal como la pirita (FeS₂). En estos casos,

se podría producir drenaje ácido como consecuencia de la generación de ácido

sulfúrico (H₂SO₄) a partir de la oxidación

de la pirita en contacto con el oxígeno atmosférico y el agua de lluvia o de des-hielo. El drenaje ácido produce, a su vez, la lixiviación o lavado de algunos metales contenidos en los relaves a los cursos de agua, los suelos cercanos y las napas freáti-cas. La acidificación y enriquecimiento con metales de las aguas y los suelos afectados imponen importantes riesgos para la salud

1|

Introducción

(11)

10

1| Fl  dp  Rl  cl – G n° 1: Mlg Grl

humana, los agrosistemas y los ecosistemas naturales.

Los efectos ambientales negativos genera-dos por los depósitos de relaves a partir de los impactos primarios (dispersión fsica) y secundarios (transformación química)

son muy difciles y costosos de remediar

a posteriori . Sin embargo, estos impactos

pueden ser evitados a través del estableci-miento de un marco normativo adecuado por parte de los reguladores y del uso de medidas de manejo adecuadas por parte de los propietarios de los desechos mi-neros. Actualmente, la legislación minera chilena relacionada con los depósitos de relaves establece que estos residuos deben ser depositados en tranques artificiales y considera la aplicación de medidas de re-habilitación en la etapa de cierre, las que permitan proteger la salud humana y la seguridad de las personas, además de res-tituir el terreno en condiciones aceptables (Decreto Supremo, D.S., Nº 132 de 2002 del Ministerio de Minería y su Reglamento

asociado sobre la“Aprobación de Proyectos

de Diseño, Construcción, Operación y Cierre

de los Depósitos de Relaves” materializado

en el D.S. 248 de 2007 del Ministerio de Minera). Sin embargo, es aún limitada la disponibilidad de tecnologas de rehabi-litación costo-efectivas, validadas para el país, las que permitan lograr la estabiliza-ción adecuada y en el largo plazo de los depósitos de relaves presentes en la zona con clima Mediterráneo árido y semiárido y, por ende, dar cumplimiento a las ac-tuales normativas de cierre de depósitos de relaves.

El objetivo de esta gua metodológica es aportar con una tecnología sistematizada y validada para la adecuada estabilización

física, química y biológica de los depósitos de relaves abandonados y postoperativos presentes en la zona norte-central de Chile. Específicamente, esta guía técnica proporciona las directrices prácticas para desarrollar programas de fitoestabilización costo-efectivos y de largo plazo sobre los depósitos de relaves mineros ubicados en la zona del país con clima Mediterráneo árido y semiárido. La implementación adecuada de estos programas contribuirá a proteger la salud humana y el medio ambiente, al reducir las vías de exposición a los me-tales y metaloides contenidos en estos desechos mineros masivos. A su vez, esta tecnología permitirá la rehabilitación de las áreas perturbadas asociadas a la actividad minera, revitalizándolas y permitiendo usos posteriores.

Es importante destacar que los principios generales de esta tecnología también pueden ser aplicados a otros desechos mineros ma-sivos (ej., botaderos de estériles, pilas de lixiviación, etc.) y a suelos contaminados con metales y metaloides. Sin embargo, ésta debe ser adaptada a las particularidades de esos sustratos.

Se recomienda que los programas de fitoestabilización sean preparados e im-plementados por especialistas que tengan experiencia probada en el tema, de forma de adaptar este método a las condiciones locales o sitio-especficas del lugar donde será aplicado.

(12)

2.1. MineRía MetáLica y dePósitos

de ReLaves

L

a gran y pequeña/mediana minería han_{sido históricamente importantes para la}

economía de la zona norte-centro de Chile y, en especial, para las comunidades cercanas a las minas y a las plantas de procesamien-to de minerales. Es as como El Salvador, Andacollo, Punitaqui e Illapel, entre otras localidades, surgieron como campamentos mineros debido a la explotación de mine-rales y han mantenido hasta el da de hoy su condición de localidades mineras.

Producto de la explotación intensiva de mi-nerales dentro de la zona norte-centro del pas, se han generado grandes volúmenes de desechos mineros masivos en los últi-mos 150 años. Esto se debe a que por cada tonelada del mineral extrado de la mina, aproximadamente un 98-99% es descartado como desecho a lo largo del proceso de beneficio. Uno de los desechos mineros más voluminosos lo constituyen los relaves. Por ejemplo, para 1990 el SERNAGEOMIN había identificado unos 655 depósitos de relaves entre la II y la VII Región del pas, tanto abandonados como operativos, los que cubran unas 8.028 hectáreas. De este total, un 25% y un 60% de los depósitos de relaves identificados se encuentran en la III y IV Región, respectivamente (Figura 2.1). Esta

2|

Depósitos de Relaves

en Chile norte-central

alta concentración de depósitos de relaves en la IV Región se explica por la mayor pre-sencia de depósitos minerales que sólo han podido ser explotados mediante el trabajo selectivo de pequeña escala (pequeña y me-diana minería) en comparación al resto del pas, donde predomina la gran minera. A pesar que la IV Región de Coquimbo

concentra el mayor número de depósitos de relaves del pas, el volumen de relaves depositados corresponde sólo al 3% del

vo-lumen total (22.060.646 m3_{; Figura 2.1). Esto}

se traduce en que existe un gran número de depósitos distribuidos por toda la Región, pero de tamaño más bien pequeño. Por ejemplo, el tamaño promedio de los depósitos de relaves de la Región de Coquimbo es de 2,1 hectáreas, con un rango entre 0,02 y 35,3 hectáreas, mientras que en la VI Región del Libertador Bernardo O´Higgins un solo de-pósito puede cubrir 400 hectáreas y más.

2.2. caRacteRísticas GeneRaLes de

Los dePósitos de ReLaves

Los relaves, según lo define la legislación nacional vigente (ej., Decreto Supremo, D.S. Nº 248 de 2007 del Ministerio de Minería), corresponden a una suspensión de sólidos en lquidos (pulpa), los que se generan y desechan en las plantas de concentración

(13)

12

húmeda de especies minerales que han experimentado una o varias etapas en cir-cuito de molienda fina. El vocablo se aplica también a la fracción sólida de la pulpa. En otras palabras, los relaves correspon-den a mineral finamente molido (<2 mm), en solución acuosa, desde el cual no ha sido posible extraer más metal a través del proceso de concentración por flotación. Usualmente, contienen entre un 10 y 20% de los minerales de interés económico que no han podido ser recuperados desde el mineral.

Los relaves que salen de la planta de con-centración son embancados en tranques artificiales (depósitos de relaves) cuyo diseño, construcción, operación y cierre se encuentran actualmente regulados por los D.S. Nº 132 de 2002 y Nº 248 de 2007 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 VII VI RM V IV III Número de depósitos 0 100 200 300 400 500 600 VII VI RM V IV III Volumen de relaves (Mm3₎

Fgr 2.1. Número de depósitos de relaves y volumen de relaves depositados por Región (Fuente: SERNAGEOMIN 1989 - 1990).

del Ministerio de Minería. Los depósitos de relaves usualmente se emplazan en fondos de quebradas o valles y requieren de la construcción de muros para la contención de la pulpa (Figura 2.2). Aproximadamente un 35% de los relaves corresponden al material particulado, el que se separa del agua por gravedad, decantando al fondo del tranque. De esta forma, el agua se acumula en la superficie, formando una laguna. Esta agua es denominada agua clara y, en general, es procesada y reciclada dentro de la planta para los procesos de molienda.

Una vez que los depósitos de relaves cumplen su ciclo de vida útil entran en etapa postoperativa o de cierre. Bajo las condiciones climáticas Mediterráneas áridas y semiáridas imperantes en la zona norte-centro del país, las aguas claras se evaporan

(14)

y dejan atrás el material particulado fino (Figura 2.2).

A modo de ejemplo, las características fisi-coquímicas típicas de los relaves generados por la minería del cobre y oro en la Región

Relave grueso (arena)

TRANQUE OPERATIVO

TRANQUE POSTOPERATIVO

Muro

Aguas claras Relave fino (arcilla)

Fgr 2.2. Sección típica de un depósito de relaves en etapa operativa y uno en etapa postoperativa en condiciones climáticas de tipo Mediterránea árida y semiárida.

de Coquimbo se resumen en la Tabla 2.1. En cuanto a las características físicas, el tamaño de partícula más abundante en un relave tpico vara entre los 2 µm y los 2 mm, equivalentes a la arcilla y arena, respec-tivamente. Las características químicas más

Cubeta

Cubeta Muro

(15)

14

taa 2.1

Características fisicoquímicas generales de los relaves presentes en la IV Región de Coquimbo, derivados de la minería de cobre y oro

Cnnid ta d ma (mg/Kg) txua (%) Ce (ms/cm 2₎ sua (mg/l) CIC (mq/100g)

pvincia rav h Cot

(%) Cu zn f Ca <2 µm 50 y 2 µm 50 y 2000 µm Elqui Cubeta 7,14 0,21 2217 590 97112 17152 14 44 43 5,19 2927 8,69 Muro 7,30 0,15 3217 339 98083 18935 9 24 67 3,09 1710 7,20 Limarí Cubeta 7,52 0,16 3616 934 77826 12685 10 37 53 7,22 1728 6,66 Muro 7,78 0,17 4036 584 77970 14193 10 29 61 7,12 1638 6,22 Choapa Cubeta 7,46 0,40 3296 128 170356 19605 13 41 46 5,26 4268 7,81 Muro 7,71 0,27 3132 92 123167 13203 7 23 70 2,37 1538 6,01 proMedIo 7,49 0,23 3252 445 107419 15962 10 33 57 5,04 2302 7,10

relevantes son un pH neutro a levemente alcalino (derivado de la flotación alcalina usada comúnmente en el pas), una baja capacidad de intercambio catiónico (CIC), una alta conductividad eléctrica (CE) o sa-linidad, un muy bajo contenido de carbono orgánico total (COT) y altos contenidos de cobre (Cu), hierro (Fe), calcio (Ca) y sulfato

(SO₄2-_{). En términos macronutricionales,}

los relaves son, en general, muy pobres en nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K) disponibles. Por ejemplo, los contenidos de nitrógeno disponibles determinados en diversos tranques de la Región de Coquimbo,

varan entre los 4 y los 12 mg kg-1_.

El contenido de metales/metaloides de los relaves, tales como Cu (cobre), Cd (cadmio), Pb (plomo) y As (arsénico), imponen riesgos para la salud humana y el medio ambiente, a través de distintas vías de exposición. En el caso de los seres humanos y los anima-les, las vas posibles de exposición tienen

relación con la ingesta del suelo o de agua contaminadas, el contacto directo con los suelos contaminados, la inhalación de los contaminantes adheridos al polvo del aire y la ingesta de alimentos (plantas y animales) que han acumulado contaminantes al estar expuestos al suelo o agua contaminados. En el caso de las plantas, las vías de exposición tienen relación con el aumento de metales/ metaloides en los suelos y/o en las aguas naturales y de riego.

Es muy importante tener claridad en que la exposición de los seres vivos a los metales/ metaloides contenidos en los relaves no implica directa y necesariamente efectos y, por ende, riesgos ambientales. Sin duda, sin exposición no pueden existir riesgos. Sin embargo, para que la exposición sea efectiva en producir una respuesta negativa en los seres vivos, los metales/metaloides deben encontrarse en una forma reactiva biológicamente (biodisponible) y esta

(16)

fracción biodisponible debe encontrarse en una concentración que sea tóxica. Mayores antecedentes sobre este tema se entregan en la guía complementaria a este

documento titulada Marco Ambiental y

Relaves Mineros Abandonados .

2.3. dePósitos de ReLaves y Medio

aMbiente

El manejo histórico inadecuado de los depó-sitos ha determinado que los relaves puedan ser dispersados al medio por distintas fuerzas físicas, tales como las lluvias intensas, los te-rremotos y los vientos. Adicionalmente, los relaves pueden reaccionar con el agua y el oxígeno que infiltra el material produciendo drenaje ácido y solubilización de metales/me-taloides al medio, particularmente cuando su

contenido de sulfuros de metal (ej. pirita, FeS₂)

es elevado y las precipitaciones del lugar son altas. De esta forma, los riesgos ambientales asociados a los depósitos de relaves pueden clasificarse en las siguientes categoras:

• Riesgo ssmico.

• Riesgo hidrológico, ya sea por arrastre

de los relaves, la generación de drenaje ácido y la solubilización de metales/ metaloides.

• Generación de polvo en suspensión en

la atmósfera.

• Contaminación del suelo y las aguas.

• Limitación de uso alternativo del terreno.

• Consumo de agua y fallas en el sistema

de disposición.

El riesgo ambiental de la dispersión física de los relaves y de los drenajes ácidos depende, sin embargo, de diversos factores. El primero

tiene relación con la falta de manejo, pero también de la cercanía de los depósitos de relaves a los centros poblados, a las zonas agrícolas, a las áreas silvestres de interés y a los cursos de agua presentes en la zona norte-centro. Por ejemplo, la existencia de un gran número de depósitos de relaves de pequeño tamaño dispersos por toda la Región de Coquimbo, ha maximizado la superficie Regional expuesta a los relaves. La condición de minería de pequeña y me-diana escala ha determinado que las plantas procesadoras de minerales se ubiquen en lugares donde disponen de recursos (agua, luz, mano de obra, alojamiento, etc.) y accesos con relativa facilidad y de menor costo, como ocurre en las zonas urbanas y cercanas o los cauces de agua, aumentando el potencial de riesgo ambiental y para la salud humana. De esta forma, los depósitos de relaves abandonados pasaron a cons-tituir focos potenciales de contaminación con metales del aire, los cursos de agua y los suelos aledaños, con los consecuentes problemas para la salud humana, los eco-sistemas naturales y el sector agropecuario y, por ende, con importantes consecuencias socioeconómicas. Es importante destacar, sin embargo, que son escasos los estudios sistematizados y rigurosos realizados en la zona norte-centro de Chile, tendientes a evaluar cuantitativamente el grado e intensidad de dispersión de los relaves al medio y los efectos especficos de los re-laves en sistemas silvestres, agropecuarios y dulceacucolas.

Es evidente que, dada la importancia agrí-cola, ganadera, residencial y/o ecológica de los sectores próximos a los depósitos de relaves presentes en algunos sectores de la zona norte-central del país, y a lo crítico que resulta la contaminación del escaso recurso hídrico y de los suelos agrícolas de la zona, es fundamental que los depósitos de relaves actuales y futuros sean estabilizados en

(17)

16

forma efectiva, ambientalmente sustentable y con una adecuada relación costo-beneficio, tanto en el corto como en el largo plazo. Actualmente, nuestro país cuenta con

norma-tivas que regulan el cierre de los depósitos de relaves, a través del D.S. Nº 132 de 2002 del Ministerio de Minería y su Reglamento

asociado sobre la Aprobación de Proyectos

de Diseño, Construcción, Operación y Cierre

de los Depósitos de Relaves materializado

en el D.S. Nº 248 de 2007 del Ministerio de Minera. Sin embargo, aún es limitada la disponibilidad de tecnologas de reha-bilitación sistematizadas y validadas para el país, las que permitan a los propietarios de los desechos mineros lograr la estabili-zación adecuada y en el largo plazo de los depósitos de relaves presentes en la zona norte-central del país, de forma de dar cumplimiento a las actuales normativas de cierre de depósitos de relaves.

(18)

3|

Tecnología de

Fitoestabilización:

Antecedentes Generales

A

ctualmente existen diversos métodos_{fisicoqumicos de tratamiento de}

sus-tratos enriquecidos con metales, como los depósitos de relaves, los que al ser aplicados sobre las superficies controlan o impiden la dispersión física y la reactividad química del material, posibilitando la mitigación de los riesgos ambientales potenciales de ocurrir. Algunas de estas tecnologías consisten en la cobertura de la cubeta de los depósitos de relaves con cubiertas de agua, con barreras plásticas (geomembranas), con polmeros impermeabilizantes (vitrificación), con ce-mento (cementación) y con capas de rocas o de suelo (Figura 3.1).

Estas tecnologías tradicionales pueden, sin embargo, ser muy caras, no ser aplicables en todas las zonas climáticas, restringir las posibilidades de uso posterior al alterar las propiedades físicas, químicas y/o biológicas del sustrato y/o resultar en otros impactos ambientales. Por ejemplo, aunque el uso de coberturas de suelo ha mostrado ser efec-tivo, la recolección de grandes cantidades de este material desde áreas silvestres o rurales no contaminadas ha resultado en la generación de otros impactos ambientales

negativos en las zonas fuente, tales como la degradación del suelo y la degradación o malfuncionamiento de los ecosistemas naturales impactados. Alternativamente, las coberturas de agua son cada vez más usadas en Canadá para la estabilización de los depósitos de relaves mineros por su alta efectividad, pero son impensables en climas de tipo Mediterráneo árido y semiárido como los de la zona norte-centro del país. En Chile, la estabilización de los depósitos de relaves postoperativos a través del uso de estas tecnologías fisicoquímicas tradicionales ha sido prácticamente nula, principalmente debido a los altos costos involucrados y a la inexistencia de una normativa vigente para el cierre de depósitos de relaves hasta hace muy pocos años.

Debido a los altos costos, se han bus-cado a nivel internacional métodos o tecnologías más baratas, ambientalmente más adecuadas y que permitan mayores posibilidades de uso posterior del área tratada. Dentro de los métodos emergen-tes y con mejor relación costo-efectividad están las tecnologías verdes, como la fitoestabilización.

(19)

18

define como el uso de especies vegetales o plantas para remover contaminantes inorgá-nicos (como los metales y los metaloides) u orgánicos (como los aceites y las dioxinas) desde el medio ambiente o para dejarlos en formas inocuas. Las distintas tecnologías consideradas dentro de la fitorremediación se esquematizan en la Figura 3.2.

La fitoestabilización es actualmente una tec-nología probada y sustentada por muchos estudios exitosos realizados en depósitos de relaves y en suelos contaminados con me-tales en Europa, Estados Unidos, Australia, Sudáfrica y Canadá. En términos generales, la fitoestabilización se define como el uso simultáneo de plantas y de acondicionadores

para estabilizar in situ contaminantes

inor-gánicos (metales y metaloides), presentes en un sustrato sólido como los depósitos de relaves o un suelo contaminado, al dejarlos en formas inocuas para los seres vivos (no biodisponibles).

En relación a los depósitos de relaves, la fi-toestabilización consiste en el uso simultáneo de un tipo particular de plantas tolerantes a concentraciones elevadas de metales, denominadas metalófitas excluyentes, y de acondicionadores de sustrato adecuados para lograr la estabilización fsica, qumi-ca y biológiqumi-ca de los relaves, en el marco conceptual de la rehabilitación ecológica. De esta forma, los objetivos últimos de un programa de fitoestabilización de depósitos de relaves son:

• Inmovilizar o reducir la biodisponibilidad

de los metales presentes (estabilización

química ). Los metales son complejados,

precipitados, absorbidos y/o adsorbidos por las races de las plantas, los micro-organismos asociados a las raíces de las plantas (rizósfera) y por los acon-dicionadores de sustrato, donde son acumulados en formas inocuas, evitando

Fgr 3.1. Cobertura de depósitos de relaves con capas de rocas y/o suelo en Canadá (foto superior), con cubiertas de agua en Canadá (foto media) y con geomembranas en la IV Región de Coquimbo (foto

inferior).

3.1. caRacteRísticas GeneRaLes de

La FitoestabiLización

La fitoestabilización es una de varias tec-nologías agrupadas bajo el concepto de fitorremediación. La fitorremediación se

(20)

as los efectos tóxicos sobre otros seres vivos y el lavado de elementos tóxicos

a las napas freáticas.

• Prevenir la dispersión eólica e hídrica

del material hacia las zonas aledañas al disminuir eficientemente el potencial de

erosión de los relaves (estabilización

física ).

• Asegurar la autosustentabilidad del

sis-tema vegetal recreado artificialmente, al restituir la actividad de la microbiota encargada del ciclado de los nutrientes

(estabilización biológica ) y al mitigar

los factores fsicos (ej., compactación y mal drenaje) y nutricionales (e.j., ausen-cia de nitrógeno y de materia orgánica) limitantes de los relaves. Esto permite asegurar el adecuado establecimiento y crecimiento de las plantas introduci-das, tanto en el corto como en el largo plazo.

Adicionalmente, la vegetación introducida sobre un depósito de relaves ayuda a reducir el volumen de agua que percola a través de los relaves al crear una demanda de agua para transpirar. La fitoestabilización también disminuye el potencial de ocurrencia de drenaje ácido, reduce la transferencia de metales a los suelos y a las napas subterrá-neas y evita la transferencia de los metales a los tejidos vegetales aéreos de las plantas establecidas.

Evaluaciones realizadas en el extranjero indican que la fitoestabilización es tan efi-ciente como los métodos tradicionalmente usados para estabilizar fisicoquímicamente sustratos enriquecidos con metales, pero es menos costosa y es ambientalmente más adecuada, por lo que permite rehabilitar grandes superficies de sustrato. Además, a diferencia de los métodos tradicionales, la fitoestabilización ampla las posibilidades

de uso posterior y devuelve la tierra en una condición ecológica más aceptable.

La relación costo-beneficio de la fitoesta-bilización es favorable, pero requiere del uso simultáneo de especies vegetales y de acondicionadores de sustrato adecuados al sitio y al objetivo general de rehabilitación del área, de forma que la estabilización sea autosustentable en el largo plazo y no pro-duzca impactos ambientales secundarios. La relación costo-beneficio puede ser mejorada aún más utilizando plantas que tengan otros valores agregados además de estabilizar física, química y biológicamente los relaves, tales como producir aceites o fragancias o servir como fuentes de bioenerga.

3.2. FitoestabiLización veRsus

FoRestación y ReveGetación

A través de acciones voluntarias, algunas empresas mineras del país han aplicado las técnicas de forestación o de revegetación, usadas tradicionalmente para la recupera-ción de suelos degradados, para intentar estabilizar la cubeta y los taludes de algu-nos depósitos de relaves postoperativos. Sin embargo, estas aproximaciones son conceptualmente distintas a la tecnologa de fitoestabilización.

Según el Decreto Ley Nº 701 de 1974 del Ministerio de Agricultura sobre Fomento Forestal, la forestación se define como la acción de poblar, de una vez o gradual-mente, con especies arbóreas o arbustivas terrenos que carezcan de ellas, o que, es-tando cubiertos de dicha vegetación, ésta no sea susceptible de ser manejada, para constituir una masa arbórea o arbustiva con fines de preservación, protección o produc-ción. Por otro lado, las agencias regulatorias internacionales, como la Agencia Ambiental Europea y la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, definen a la

(21)

(22)

revegetación como el establecimiento o el restablecimiento de plantas herbáceas, ár-boles y arbustos, nativos o exóticos, en un área donde la vegetación ha sido removida, alterada o dañada, con el fin de estabilizar el terreno de la erosión eólica e hdrica y de recuperarlo para otros usos.

Aunque ambos conceptos (forestación y revegetación) consideran el uso de la vege-tación con el objetivo de estabilizar un suelo degradado de la erosión física (estabilización física), ellos no contemplan el objetivo fun-damental de la fitoestabilización que tiene relación con la estabilización física, química y biológica de los metales contenidos en un suelo contaminado o en un sustrato rico en metales, como los relaves mineros, de forma de reducir los impactos ambientales posibles de producirse en el medio.

Desde la década de los ochenta, algunas empresas mineras han intentado controlar en forma voluntaria la erosión eólica e hídrica de los depósitos de relaves forestando la base de los muros y/o la superficie de la cubeta con árboles, arbustos y/o herbáceas. Por ejemplo, los intentos de forestación realizados han, generalmente, consistido en el trasplante de arbóles y/o arbustos, junto con un manejo simple del sustrato, el que puede incluir riego, incorporación mínima de materia orgánica (ej. tierra de hoja) y fer-tilización química temporal, particularmente en las casillas de plantación. Sin embargo, normalmente no han considerado el alto contenido de metales de los relaves como un aspecto fundamental de manejo.

Normalmente se ha favorecido el uso de especies exóticas en lugar de las especies nativas o endémicas (exclusivas) del pas. Aunque en algunos casos las plantas han sido capaces de establecerse y de formar bosquetes que reducen los procesos ero-sivos, las escasas evaluaciones sistemáticas

disponibles indican que en la mayoría de los casos la sobrevivencia, el estado sanitario y la velocidad de crecimiento de las plantas no son las requeridas para asegurar la ade-cuada estabilidad física de los residuos en el mediano y largo plazo (Tabla 3.1). Muchas veces, se han introducido especies exóticas inadecuadas para el clima Mediterráneo árido y semiárido de la zona norte-central del país, lo que ha incrementado los costos de mantención e imposibilitado el abando-no exitoso del sistema vegetal recreado, ya que no ha sido posible abandonar el riego. Cuando se ha abandonado, las plantas no han sido capaces de sobrevivir.

Las forestaciones no han logrado la estabili-dad química de los relaves, ya que mantienen su potencial de toxicidad por metales, tanto para las plantas introducidas como para otros organismos que entran en contacto con los relaves. En algunos casos, incluso se han potenciado otros impactos ambientales al movilizar los metales a través de las plantas introducidas a las cadenas alimenticias. Es así como se ha detectado contenidos elevados de metales en tejidos aéreos (ej. hojas) de las plantas introducidas luego de algunos años desde su establecimiento, evidenciando la falta de estabilidad química de los residuos y poniendo en riesgo de toxicidad crónica

a los animales que las consumen y al resto de la cadena trófica.

Finalmente, aspectos clave para el funciona-miento normal del sistema vegetal recreado, como son la descomposición de la hojarasca y el ciclado de nutrientes, muestran que éstas no han sido restituidas, por lo que estas plantaciones no son autosustentables en el largo plazo. O sea, el sistema recreado no es biológicamente estable y requiere de fertilización constante.

La falta de criterios de evaluación mínimos y adecuados para los objetivos deseados

(23)

22

con estos programas de forestación, además de la ausencia de uso de metodologías de evaluación rigurosas y objetivas (estanda-rizadas a nivel internacional), ha llevado a estos resultados inadecuados, los que, sin embargo, han llegado incluso a ser consi-derados como exitosos.

Es claro entonces que los métodos de fores-tación y/o revegefores-tación usados en Chile no han sido adecuados para estabilizar fsica, química y biológicamente los depósitos de relaves postoperativos. Adicionalmente, los programas de forestación o de revegetación

usados en el país no son equivalentes a la tecnologa de fitoestabilización que se aborda en esta gua, tanto en su concep-to como en su meconcep-todología general. La fitoestabilización evita/supera todos los problemas de estabilización física, química y biológicas detectados en las experiencias de forestación/revegetación realizadas en el país y permite generar sistemas vege-tales funcionales y autosustentables en el largo plazo, lo que permite el adecuado cierre de los depósitos de relaves post-operativos, sin requerimientos posteriores de mantención.

taa 3.1

Forestaciones tradicionales realizadas en algunos depósitos de relaves postoperativos de la zona norte-centro de Chile y los problemas más comunes que llevan

a una inadecuada estabilización física, química y biológica

eabiización fíica pbma Cíic

Cobertura vegetal alta, con adecuado control de la erosión eólica e hídrica en el corto y mediano plazo, pero no en el largo plazo.

Fotografía gentileza de Jorge Marín

Plantas con problemas de toxicidad por metales y de deficiencia de macronutrientes, lo que evidencia inestabilidad química del sustrato y muerte de la vegetación en el mediano plazo.

Plantas con exceso de metales en sus estructuras aéreas imponen problemas de toxicidad crónica y de biomagnificación en la cadena alimenticia. Esto evidencia inestabilidad química de los relaves y magnificación del problema.

Ausencia de degradación de la hojarasca y, por ende de ciclado de nutrientes esenciales para las plantas. No se ha logrado un sistema auto sustentable para su adecuado cierre y abandono.

Plantas introducidas inadecuadas para el clima donde se emplaza el tranque de relaves.

Permanecen las transformaciones químicas secun-darias del relave, lo que resultará en drenaje ácido y lixiviación de metales, de darse las condiciones

adecuadas.

Fotografía gentileza de Daniel Green

Fotografía gentileza de J.A. Olaeta

Cobertura vegetal madia a baja, con inadecuado control de la erosión eólica e hídrica en el corto, mediano y largo plazo.

(24)

3.3. esPecies veGetaLes PaRa La

FitoestabiLización

Las especies vegetales o plantas adecuadas para ser usadas en la tecnologa de fitoes-tabilización deben ser seleccionadas de acuerdo a los siguientes criterios básicos:

• Las restricciones químicas sitio-específicas

de los relaves de interés. Es particu-larmente importante la capacidad de tolerancia de las plantas seleccionadas a los altos contenidos de metales presentes en los relaves.

• Las restricciones climáticas del lugar de

emplazamiento del depósito de relaves de interés. La elección inadecuada de las especies vegetales a las restricciones climáticas del lugar, podra determinar costos mucho mayores debido a los altos requerimientos de mantención tanto en el corto como en el largo plazo (ej. riego). Por ello, se favorecen las especies nativas y endémicas disponibles localmente por

sobre las exóticas.

• El uso posterior o alternativa de

rehabi-litación elegida entre las posibles para el sitio. Por ejemplo, la recuperación de una formación vegetal similar a la na-tural presente en el área (rehabilitación ecológica), la creación de un parque de esparcimiento o la plantación de un bosque de explotación, entre otras.

3.3.1. Retriccione química por exceo

 ml

La tendencia internacional en las tecnologías de fitoestabilización ha sido hacia el uso de un grupo particular de plantas denominadas metalófitas (Figura 3.3). Estas plantas se caracterizan por su capacidad para tolerar concentraciones de metales biodisponibles

en el sustrato hasta 100 veces más elevadas que las plantas comunes (sensibles). Estas especies han desarrollado mecanismos biológicos que les permiten resistir concen-traciones de metales en sus tejidos que son tóxicas para la mayora de las plantas. Las plantas metalófitas pueden corresponder a especies con tolerancia constitutiva a los metales (metalófitas constitutivas), o sea que todos los individuos de esa especie tienen la capacidad de tolerar altas con-centraciones de metal en el sustrato, o a poblaciones de especies comunes que han desarrollado variantes genéticas tolerantes al establecerse sobre desechos mineros o suelos contaminados con metales, deno-minadas pseudometalófitas. Por motivos de simpleza, en esta gua nos referiremos genéricamente a ellas como metalófitas, ya que ambos tipos son adecuados para los programas de fitoestabilización.

Las especies vegetales no sólo deben tolerar los metales presentes en altas concen-traciones en los relaves, sino que deben distribuirlos en forma adecuada en sus teji-dos (Figura 3.4). Específicamente, los metales deben ser acumulados en los tejidos subte-rráneos, como las raíces, sin ser traslocados en forma importante a los tejidos aéreos, como las hojas y los tallos. O sea, deben ser plantas metalófitas excluyentes. Existe otro tipo de plantas metalófitas denominadas hiperacumuladoras, las que se caracterizan por sobre acumular metales en sus tejidos aéreos. Estas plantas son adecuadas para otras tecnologías de fitorremediación, como la fitoextracción, pero no para la fitoestabi-lización ya que pueden imponer problemas de transferencia y acumulación de metales en las cadenas alimenticias.

Finalmente, es importante destacar que una especie metalófita cualquiera es tolerante solo a algunos metales/metaloides y no a

(25)

24

Fgr 3.3. Representación genérica de la distinta capacidad de respuesta a la alta biodisponibilidad de metal en el sustrato entre una planta sensible (no tolerante) y una planta metalófita (tolerante).

Figura 3.4.Representación genérica de la distinta capacidad de acumulación de metales en las hojas de las plantas metalófitas hiperacumuladoras y las metalófitas excluyentes.

otros. No existen plantas metalófitas tole-rantes a todos los metales. Por ello es que debe seleccionarse especies tolerantes a los metales/metaloides más abundantes en el relave minero que se desea fitoestabilizar. El concepto de usar plantas para estabi-lizar sustratos contaminados con metales fue introducido por primera vez hace 300

años, pero pasó mucho tiempo antes de que fuera reintroducido y desarrollado en el ámbito de las tecnologías de fitorremedia-ción. Esto se debió a que la identificación y evaluación de especies vegetales

meta-lófitas fue un proceso clave pero lento, de interés principalmente en el ámbito de la bioprospección de yacimientos de minera-les, más bien que al interés de las empresas

(26)

mineras en rehabilitar sustratos enriquecidos con metales. El interés creciente por estas nuevas tecnologías de fitoestabilización ha incrementado los estudios tendientes a identificar plantas metalófitas en sustratos enriquecidos con metales en todo el mundo, de forma de contar con las especies nativas/ endémicas adecuadas para una fitoestabili-zación sitio-especfica exitosa.

La mayoría de las plantas metalófitas hipera-cumuladoras descubiertas hasta ahora están restringidas a pocas regiones geográficas de mineralizaciones superficiales. Por ejem-plo, plantas metalófitas hiperacumuladoras de níquel (Ni) han sido identificadas en suelos ultramáficos (serpentinos) de Nueva Caledonia, Filipinas, Brasil y Cuba, mientras que plantas metalófitas hiperacumuladoras de níquel y cinc (Ni-Zn) han sido descritas en el centro y sur de Europa y Asia Menor. Con el avance de las investigaciones se han podido identificar aproximadamente 400 especies metalófitas hiperacumuladoras de distintos metales y metaloides, las que son capaces de tolerar y acumular niveles bastante altos de estos elementos en sus tejidos (Tabla 3.2)

taa 3.2

Ejemplos de especies metalófitas

hiperacumuladoras identificadas en el mundo para distintos metales/metaloides y su potencial de acumulación en las hojas.

emn eci Cncnación fia Máxima (mg/kg) Zn Thlaspi caerulescens 39.600 Cu Ipomea alpina 12.300 Ni Phyllantus serpentinus 38.100 Co Haumaniastrum robertii 10.200 Se Astragalus racemosus 14.900 Mn Alyxia rubricaulis 11.500

También se ha identificado un número im-portante de especies metalófitas excluyentes de metales, principalmente en Europa, Estados Unidos, Australia y Canadá. Hoy en día existen especies comerciales de pastos metalófitos adecuados para fitoestabilizar sustratos ricos en metales en ambientes

templados, tales como Agrostis tenuis

va-riedad parys para cobre, Agrostis tenuis var.

coginanpara cinc y plomo, y Festuca rubra

var. merlin para cinc y plomo.

El conocimiento actual sobre especies vegetales chilenas metalófitas, tanto hipera-cumuladoras como excluyentes, es escaso. Sin embargo, existe un gran potencial de que este tipo de especies vegetales se hayan desarrollado naturalmente en nuestro país. Esto se debería a la presencia de nume-rosos yacimientos de minerales a lo largo de la zona norte y central de Chile y a la alta exclusividad y aislamiento de nuestra flora. Por ejemplo, la región norte-centro de Chile (26° a 32° latitud Sur), representa una provincia metalogénica rica en yacimientos de hierro, oro, plata, cobre y manganeso, la que ha coexistido con la flora Mediterránea actual desde el Mioceno superior (23,2 millones de años antes del presente, AP) y Plioceno (5,2 millones AP), por lo que es esperable la evolución de especies y/o poblaciones (ecotipos) tolerantes a metales. Esto, particularmente debido a que la zona con clima Mediterráneo de Chile, compren-dida dentro de la provincia metalogénica norte-centro del país, constituye uno de los centros mundiales de alta biodiversidad florstica, sobre la base de su exclusividad biológica. Aproximadamente el 50% de la flora vascular de Chile es endémica (única del país), debido a su aislamiento de la flora del resto del continente. Esta diversidad ha sido, sin embargo, pobremente estudiada en términos de la tolerancia a los metales/ metaloides.

(27)

26

Una recopilación realizada sobre las es-pecies metalófitas identificada en el pas indica que hasta el año 2002 sólo se habían descrito 6 especies vegetales nativas me-talófitas excluyentes para cobre y ninguna especie hiperacumuladora de metales (Tabla 3.3). Las especies metalófitas descri-tas en Chile han sido identificadas a través de los mismos métodos biogeoqumicos utilizados en otras partes del mundo, en los cuales se infiere el estatus de la planta en base a la evaluación del contenido foliar de metales en muestras de plantas colec-tadas en terreno, que crecen en sustratos metalizados. Sin embargo, si los estudios no son realizados en forma adecuada, las conclusiones pueden ser erradas y de-bidas a la contaminación externa de los tejidos vegetales con partículas de sustrato. Idealmente, se deben realizar posteriormen-te al estudio biogeoquímico de posteriormen-terreno, ensayos de laboratorio donde se evalúa la tolerancia y acumulación de metales a través de métodos estandarizados. Por

ejem-plo, en el caso de la metalófita Mimulus

luteus variedad variegatus identificada

en la zona de Sewell, VI Región, estudios complementarios de laboratorio indicaron que los individuos de esa población eran capaces de tolerar concentraciones elevadas de cobre en el medio de cultivo, mien-tras que los individuos obtenidos desde

poblaciones presentes en áreas prstinas, como la Reserva Natural Río Cipreses, eran sensibles a este elemento.

3.3.2. Rr lmá

-pf

Cada faena minera impone limitaciones climáticas particulares para el crecimiento de las plantas. Por ello, los programas de fitoestabilización realizados en Europa, Australia, Canadá y Estados Unidos han enfatizado el uso de plantas nativas o en-démicas por sobre las plantas exóticas. Sus mejores ventajas comparativas, determinadas por su adaptación óptima al clima del lugar, les permite lograr la mejor estabilización posible del sustrato de interés, con el mejor costo-beneficio. El uso de especies exóti-cas no apropiadas al clima del lugar que se desea estabilizar, incrementa los costos de mantención (ej., por mayor riego) y reduce el éxito de la fitoestabilización en el largo plazo al no lograrse un sistema autosustentable. Adicionalmente, el uso de especies nativas y endémicas locales evita la ocurrencia de otros problemas ambientales secundarios no deseados o esperados, como la introducción de especies que puedan volverse invasoras (plagas) y que alteren

la dinámica de las comunidades biológicas silvestres del lugar.

taa 3.3

Especies nativas de Chile con potencial de tolerancia a cobre, descritas al año 2002

eci sa ubicación ggáica

Dactylium sp. Cenchrus echinatus Erygeron berterianum

Mimulus luteus var variegatus Mullinum spinosum

Nolana divaricata

Tranque de relaves de cobre Tranque de relaves de cobre Tranque de relaves de cobre Suelos contaminados con cobre Tranque de relaves de cobre Suelos contaminados con cobre

Planta Matta-ENAMI, III Región El Teniente, VI Región

El Teniente, VI Región Sewell, VI Región El Teniente, VI Región Paposo, III Región

(28)

3.3.3. u prr  lr 

rl

La selección de las especies vegetales que serán usadas en un programa de fitoes-tabilización específico también depende del uso posterior o de la alternativa de rehabilitación que sea definida o elegida entre las posibles al momento del cierre del depósito de relaves. La alternativa más adecuada de fitoestabilización depende-rá de las potencialidades y restricciones propias del lugar de emplazamiento del depósito de relaves (ej. topografa, clima, grado de aislamiento, etc.), de los recursos económicos disponibles para la ejecución del programa de fitoestabilización, de las posibilidades/restricciones en el ámbito de la ingeniería, de las regulaciones ambientales y mineras, y de las posibilidades/restricciones en el ámbito de la ecologa, entre las más importantes.

Para un depósito de relaves cualquiera existen distintas posibilidades de uso pos-terior o de rehabilitación (Figura 3.5). Por ejemplo, el programa de fitoestabilización puede ser pensado para recuperar una formación vegetal similar a la natural exis-tente en el lugar (rehabilitación ecológica), de forma de integrar en forma armónica la cubierta vegetal establecida artificialmente sobre el depósito de relaves con su entor-no; este tipo de alternativa también puede ser pensado hacia la generación de una zona de conservación, donde se ayude a la preservación de especies vegetales con problemas de conservación, como puede ser un jardín botánico. Otras alternativas usadas en el extranjero han sido la creación de parques de esparcimiento o la plantación de bosques de explotación para bioenergía, entre otras.

Cualquiera sea el uso posterior o el objetivo de rehabilitación definido para un depósito

de relaves que será fitoestabilizado, es muy importante que este concuerde con el Plan de Cierre general que haya sido definido o que se defina a futuro para la planta minera en cuestión.

3.4. acondicionadoRes PaRa La

FitoestabiLización

Los relaves mineros constituyen un material inadecuado para el establecimiento de una cubierta vegetal por ser un material con problemas de:

• Fertilidad química, debido a la

deficien-cia de macronutrientes esendeficien-ciales para las plantas, como es el nitrógeno, y a la toxicidad por exceso de metales, como el cobre y el cinc. En algunos casos también pueden existir problemas de acidez o de alcalinidad de los relaves.

• Fertilidad física, debido a que el tamaño

homogéneo y pequeño de sus partículas genera problemas de mal drenaje y de alta compactación.

• Fertilidad biológica, debido a la ausencia

de microorganismos que permitan el ciclado de la materia orgánica y de los nutrientes.

Todas estas caractersticas adversas deben ser evaluadas y mitigadas con acondicio-nadores adecuados antes de introducir las especies vegetales seleccionadas, de forma de permitir el crecimiento adecuado de las plantas y la generación de un ecosistema autosustentable, tanto en el corto como en el largo plazo. De esta forma, el uso de acondicionadores de sustrato adecuados constituye un factor crítico para la introduc-ción exitosa y a bajo costo de la vegetaintroduc-ción metalófita seleccionada sobre la superficie de un depósito de relaves cualquiera.

(29)

28

Fgr 3.5. Ejemplos de alternativas de uso posterior y de rehabilitación para los depósitos de relaves y las faenas mineras. La alt ernati va elegid a dependerá de los recursos económicos dis ponibl es de las restricciones/potencialidades propias del lugar de emplazamiento y de las restricciones/potencialidades ingenieriles y ecológicas del sitio.

Por ejemplo, programas realizados en Estado Unidos y Canadá muestran que la aplicación superficial de algunos resi-duos orgánicos ricos en materia orgánica y nutrientes, como los biosólidos (lodos generados por las plantas purificadores de aguas servidas domiciliarias) y los desechos de las plantas de celulosa, permite disminuir la concentración de metales que lixivian al subsuelo, establecer una cubierta vegetal autosustentable, aumentar la diversidad y

la actividad microbiana del sustrato, restituir el ciclado de materia orgánica en el siste-ma y asegurar incluso la sobrevivencia de macroinvertebrados del suelo, tales como las lombrices de tierra.

El uso de acondicionadores convencionales (ej., cal, fertilizantes qumicos, aplicación de tierra en la zona de plantación y apli-cación de estimulantes microbianos como

(30)

insuficiente para sustentar el crecimiento de las plantas en el largo plazo, fundamen-talmente por las deficiencias de carbono, nitrógeno y fósforo de los relaves, y porque no mitigan los problemas físicos de los relaves (ej. compactación y mal drenaje). Adicionalmente, estos acondicionadores no necesariamente disminuyen la biodis-ponibilidad de los metales, lo que resulta en concentraciones elevadas de metales en los tejidos vegetales aéreos de las plantas introducidas.

El uso de residuos orgánicos para la fitoes-tabilización de relaves mineros, desechos mineros masivos y suelos contaminados con metales es, sin embargo, una práctica conocida en Estados Unidos, Australia y Canadá, con casos exitosos de más de 25 años. Los residuos orgánicos más usados son los biosólidos, o lodos generados por las plantas de tratamiento de aguas servidas domiciliarias, los desechos de la industria maderera (aserrín, chips, ramillas, etc.), diversos residuos generados por las actividades agropecuarias (guanos, purines, alperujo y orujos) y los residuos de las plantas productoras de celulosa y papel. Estos materiales, solos o mezclados, pueden ayudar a mejorar la textura de los relaves, la estabilidad del agregado, la capacidad de retención de agua, el aporte de nutrientes esenciales para las plantas, el aporte de carbono que permite el desarrollo de la microflora del sustrato encargada del ciclado de la materia orgánica y de los nutrientes esenciales para la vida vegetal, y reducir la biodisponibilidad de los metales debido a la alta capacidad de la materia orgánica

para adsorber cationes; disminuyen as la concentración de metales en el lixiviado, y la transferencia de estos elementos a las

plantas, las capas profundas del suelo y las aguas subterráneas.

La composición química de los acondicio-nadores orgánicos es muy diversa y vara ampliamente dependiendo de la región geográfica donde sean producidos, de la variación estacional en el material proce-sado y del tipo de proceso, entre otros. Por ello, estos materiales deben ser pre- viamente caracterizados e incorporados en dosis y formas adecuadas, de forma de asegurar el establecimiento y crecimiento vegetal. Por ejemplo, el alto contenido de sales de algunos biosólidos puede limitar el establecimiento de la vegetación si éstos se aplican en dosis excesivas. Aunque algunos biosólidos poseen concentraciones eleva-das de metales, estos tienen solubilidades muy bajas, más bajas que una cantidad equivalente de metal total agregada como sal al suelo, debido a la alta capacidad de intercambio catiónico de la materia orgá-nica, por lo que no están biodisponibles. Esto evita la transferencia de metales a los tejidos vegetales, particularmente a los tejidos aéreos, reduciendo la posibilidad de biomagnificación de los metales en la cadena alimenticia.

Información más detallada sobre los acon-dicionadores de relaves se entrega en la guía complementaria a este documento,

titulada Fitoestabilización de Depósitos de

Relaves en Chile: Aplicación Sustentable de

(31)

(32)

4|

Tecnología de

Fitoestabilización:

Depósitos de relaves

L

a ejecución de un programa de fitoesta-_{bilización sobre un depósito de relaves}

abandonado o postoperativo determinado consiste en la aplicación de un procedi-miento sistematizado, de cuatro etapas consecutivas, las que deben ser ejecutadas en forma rigurosa y adecuada de forma de lograr la fitoestabilización costo-efectiva y en el largo plazo (Figura 4.1).

La primera etapa involucra la caracteriza-ción sitio-específica tanto del depósito de relaves como del lugar de emplazamiento, además de la determinación de los recursos financieros que estarán disponibles para la ejecución del programa de fitoestabili-zación. Esta información permite definir el objetivo final de la rehabilitación o el uso posterior que se le dará al área. Posteriormente, se identifican las espe-cies vegetales y los acondicionadores de relaves más adecuados a los objetivos de rehabilitación definidos y a los recursos financieros disponibles, los que deben ser probados y afinados a través de un ensayo piloto de fitoestabilización de pequeña escala. Los mejores resultados obtenidos en el ensayo piloto de fitoestabilización son finalmente replicados a gran escala, de forma de lograr la estabilización física,

Definición del uso posterior para el área ETAPA 1

- Caracterización sitio-específica

• Ambiental(topografía, microclima,uso del suelo, etc.)

• Paisaje

• Relaves(caracterización fisicoquímica)

ETAPA 2

- Materiales localmente disponibles - Recursos económicos disponibles

• Especies vegetales (nativas y endémicas)

• Acondicionadores (orgánicos y/o inorgánicos)

Definición ensayo piloto ETAPA 3

- Ensayo piloto de fitoestabilización

ETAPA 4

- Fitoestabilización de gran escala

Definición del programa de fitoestabilización

Fgr 4.1. Etapas fundamentales para la fitoesta-bilización costo-efectiva de un depósito de relaves.

química y biológica efectiva y en el largo plazo del depósito de relaves.

A continuación se describen cada una de las etapas involucradas en un programa de

(33)

32

fitoestabilización de depósitos de relaves, con énfasis en la zona norte-centro de Chile y considerando la Región de Coquimbo como un área referencial. Sin embargo, los aspectos generales descritos en esta guía pueden ser aplicados a otras zonas geográficas de Chile y a otros desechos mineros masivos.

etaPa 1:

caRacteRización sitio-esPecíFica y

RecuRsos FinancieRos

El primer paso fundamental para lograr la fitoestabilización costo-efectiva de un depósito de relaves determinado es esta-blecer las características sitio-específicas tanto de los relaves como del área de em-plazamiento del depósito. Mientras mayor sea el conocimiento de las potencialidades y restricciones del área de trabajo y de su entorno, más apropiada será la definición del programa de rehabilitación que lleve a la fitoestabilización efectiva y en el largo plazo de los relaves. Adicionalmente, es muy importante tener claridad desde el inicio de la planificación cuáles serán los recursos financieros que estarán disponi-bles para el programa de fitoestabilización. Por ejemplo, algunos depósitos de relaves se encuentran en lugares remotos o aisla-dos, lo que hace difcil su estabilización. Otros disponen de recursos financieros mnimos para su estabilización o poseen una superficie tan grande que esto los hace logística y económicamente difíciles de estabilizar.

La caracterización sitio-específica o eva-luación de sitio debe ser realizada a partir de visitas a terreno y de la recolección de información disponible en distintas fuentes de información local, regional y/o nacional. Involucra, al menos, los aspectos que se indican a continuación.

1.1. crr grl l r:

Proporciona la información base sobre el área de emplazamiento del depósito de relaves. Esta información es fundamental para determinar las restricciones y potencia-lidades del lugar y, por ende, poder definir las mejores opciones de rehabilitación o de uso posterior (Figura 4.2). Esta información debe incluir:

• Historia del sitio: esta información es muy

importante para determinar aquellos fac-tores que no son visibles o evidenciables a partir de una inspección visual del área, pero que pueden influir en la definición del objetivo de rehabilitación y/o en la ejecución de un programa de fitoestabili-zación. Aspectos importantes de la historia del sitio son la frecuencia de ocurrencia de fenómenos naturales (aluviones, terremotos, lluvias intensas, etc.), la intensidad y tipo de ganadera extensiva y la presencia de herbívoros silvestres (ej., conejos, liebres, roedores), entre otros.

• Historia de la planta minera y del

depó-sito de relaves: es importante conocer información básica sobre el tipo de planta minera (grande, mediana o pequeña), su estado actual y futuro, los procesos productivos involucrados, el tipo de construcción utilizado para el depósito de relaves de interés y su tiempo de abandono, entre otros.

• Topografía: el grado de complejidad

física del área de emplazamiento también puede imponer importantes restricciones para la ejecución de un programa de fitoestabilización; por ello deben deter-minarse las pendientes del sitio y otros parámetros topográficos relevantes.

• Características hidrológicas: la ubicación

(34)

y de las napas subterráneas puede ser útil para diseñar el plan de rehabilitación más adecuado a las condiciones del sitio, ya que determinan la disponibilidad de agua y los riesgos potenciales de con-taminación de las aguas por lixiviación de elementos no deseados.

• Microclima: se debe recolectar

informa-ción sobre, al menos, las precipitaciones y las temperaturas promedio mensuales (máxima, media y mínima), de forma de determinar las potencialidades y las restricciones al crecimiento de la vege-tación, así como el momento adecuado para las actividades de siembra y/o plantación. Esta información, si no está disponible localmente, puede obtenerse de la Dirección Meteorológica de Chile o de las bases de información disponibles a nivel regional y/o nacional.

• Cercanía y tamaño de centros poblados:

la existencia de centros poblados en las cercanas del depósito de relaves es un factor importante para la definición del objetivo final de rehabilitación, ya que la formación vegetal generada debe ser ambientalmente segura para la salud humana.

• Usos del suelo, actuales y potenciales: el

conocer los planos reguladores existentes o los usos históricos y potenciales para el área, permiten acotar y armonizar los posibles usos finales del área.

• Grado de aislamiento o de accesibilidad:

esta información es muy importante para determinar la facilidad o complejidad del programa de rehabilitación y los costos involucrados.

• Formaciones vegetales naturales

exis-tentes: el determinar el o los tipos de formaciones vegetales presentes en el

área, su estado actual de conservación y representatividad permite determi-nar el tipo de formación vegetal que puede ser interesante o importante de potenciar a través de un programa de fitoestabilización.

• Tipo y calidad del paisaje: a través de una

evolución general se puede determinar la calidad visual y la fragilidad del paisaje, los que constituyen aspectos fundamen-tales para aportar en la sustentabilidad social y ambiental del área.

1.2. crr l p 

rl:

Se deben determinar las principales ca-racterísticas ambientales del depósito de relaves, tales como la ubicación (fondo de valle, quebrada, etc.), exposición a la radicación solar, heterogeneidad u ho-mogeneidad microclimática, el grado de colonización espontánea por parte de la vegetación silvestre o la existencia de programas de manejo previos, entre otros factores. Adicionalmente, se deben realizar caracterizaciones geotécnicas, hidrológicas y fisicoqumicas detalladas de los relaves. De esta forma, se determinará la heteroge-neidad o la homogeheteroge-neidad espacial de los factores ambientales, fsicos y qumicos, y las potencialidades y/o restricciones de las distintas áreas del depósito de relaves de forma de definir un programa de fitoesta-bilización adecuado y detallado.

Dentro de los parámetros geotécnicos de interés está el grado de compactación de los relaves. El grado de compactación en profundidad puede ser estimado a través

de distintas metodologías aplicadas in situ,

tales como los ensayos de penetración realizados a través de CPT portátiles o de

(35)

34

Fgr 4.2. El objetivo final de rehabilitación a través de un programa de fitoestabilización dependerá, entre otros factores, del lugar de emplazamiento del depósito de relaves. De arriba hacia abajo se muestra un depósito ubicado muy cerca de una zona definida como prioritaria de conservación por su flora y fauna; un depósito emplazado en una zona agrícola; un depósito que quedó inmerso