La tendencia actual en minería apunta notoriamente a la explotación de yacimientos mediante el método de rajo abierto, lo que se explica por el menor costo de explotación y mejores productividades que presenta la minería de superficie con respecto a la subterránea. El desarrollo tecnológico y la incorporación de mayores y más eficientes equipos, sumado a la creciente competencia de empresas que proporcionan servicios en la misma faena, ha logrado una baja significativa en los costos operacionales de los rajos permitiendo así explotar yacimientos de leyes cada vez más bajas.
Sí bien el objetivo principal de una mina a rajo abierto es cumplir con una determinada tasa de producción de mineral, conveniente es recordar que las razones de estéril a mineral trabajadas normalmente son mayores a la unidad, por lo cual las cantidades de estéril a remover superan varias veces a las de mineral requiriendo de una gran capacidad de áreas de botaderos
Partiendo de la base que es necesario mover el material quebrado tan pronto como se va generando a fin de permitir la próxima tronada, y considerando además que hay que depositado para mantener el ciclo continuo, se hace indispensable planificar el lugar en donde se va acumular el lastre removido, de una manera eficiente, se a un bajo costo, con una secuencia y un diseño predeterminado.
Es así como el botadero nace en respuesta a la necesidad de ubicar el estéril fuera de la incidencia del rajo, durante un tiempo determinado y procurar que su ubicación definitiva pueda solventar la capacidad requerida a lo largo del tiempo de Bajo esta perspectiva, el diseño y construcción de un botadero forma parte importante de la ingeniería de planificación mina.
Un botadero generalmente está constituido por material estéril proveniente de la explotación del rajo durante su vida operativa, pero en faenas de alta cordillera puede contener materiales como morrenas, nieve y hielo, que constituyen una fuente adicional de inestabilidad.
El diseño, planificación y construcción de un botadero debe considerar aspectos técnico-económicos tales como condiciones climáticas, hidrología de la costos involucrados y posibles cambios tecnológicos, o cambios en las condiciones de mercado, ya que dependiendo de la ley de los materiales depositados éstos pudieran ser retratados en algún momento, mediante nuevos procesos, generando recursos económicos atractivos.
Hoy día, además, es necesario evaluar el impacto ambiental que construcción provocaría, respondiendo al concepto de calidad total.
7.1.1.- Tipos de botaderos
Los botaderos se agrupan básicamente según su forma de construcción, es decir, por la manera y evolución en el tiempo de como el material es depositado. Los tipos más frecuentes son:
De relleno: Corresponde a una depositación del material aprovechando los accidentes geográficos naturales que se encuentran en la cercanía de la operación minera. Los equipos de transporte llegan con la carga de estéril y descargan de tal manera de ir llenando las depresiones del terreno, tales como quebradas, cavidades, grietas de gran tamaño y hundimiento de cerros producto de subsidencia o fenómenos naturales.
De avance por volteo: Son los más usados en la minería nacional, ya que permiten aprovechar las diferencias de cotas que se registran en la alta cordillera. También son conocidos como botaderos de ladera por su ubicación física en los cerros.
Desde el punto de vista económico es uno de los más conveniente, ya que, su construcción propiamente tal no requiere de grandes maquinarias, pero a su vez presenta un problema de estabilidad cuando las diferencias de alturas entre la pata y el borde superior del botadero son muy elevadas.
De terrazas o tortas: Estos botaderos se constituyen básicamente en respuesta a la necesidad de depositar el lastre en topografías regularmente planas. Su operación es más compleja que los anteriores pues requiere generar terrazas de lastre, emparejar los pisos con equipos de apoyo (bulldozer, motoniveladoras u otro) y construir rampas para que los camiones suban a depositar lastre en los pisos o capas superiores de la torta.
De avance por volteo con generación de muros: Es el resultado de combinar un botadero de avance por volteo con el de generación de terrazas o tortas. Con este botadero mixto se logra en muchos casos disminuir los costos de transporte, ya que se aprovecha la accidentabilidad topográfica del sector y luego se levantan capas o terrazas, utilizando la tendencia del equipo de movimiento de tierra para ir generando la elevación de muros.
7.1.2.- Factores relevantes en la planificación de botaderos
En la planificación y construcción de un botadero deben considerarse aspectos técnicos, económicos y sociales.
A. Consideraciones técnicas
Contempla especialmente aquellos aspectos cuantificables que requieren de cálculos y de un estudio detallado respecto de las posibilidades técnicas de la ejecución, estabilidad y condiciones de abandono de un botadero. Entre ellos tenemos:
Capacidad requerida: Es uno de los factores más importante a considerar en el diseño y construcción de un botadero de manera que el área escogida tenga la capacidad total requerida para el depósito de materiales a lo largo del tiempo. El volumen final y la secuencia de vaciado del material a depositar viene dado por el Plan Minero previamente elaborado. Al respecto, es necesario distinguir entre el material estéril y el mineralizado, ya que este último puede ser sometido a proceso o bien a un retratamiento, por lo cual es recomendable dejarlos en lugares diferentes.
Ubicación del botadero: La ubicación definitiva del material estéril removido de la mina debe realizarse en áreas desmineralizadas, a las cuales no se pretenda dar ningún otro de manera que sirvan como lugar de depositación permanente. En forma eventual, por condiciones económicas, se pueden posicionar botaderos en áreas de explotación futura, pensado en el remanejo de ellos.
Además, normalmente resulta mucho más ventajoso una depositación única y definitiva, pues involucra sólo un costo de movimiento, amortizable en un período largo de tiempo, que una ubicación temporal con varios ciclos de movimiento de material.
Terrenos de Fundación: El terreno en que se apoyen los botaderos debe ser naturalmente estable y en lo posible topográficamente no muy accidentados. En ocasiones es favorable la presencia de accidentes topográficos, pues algunos tipos de botaderos son ubicados en laderas de cerros o en quebradas secas.
Reprocesamiento de materiales: Los significativos avances tecnológicos en Hidrometalurgía, no resulta desproporcionado pensar en el retratamiento mediante lixiviación del material depositado en el botadero. El costo de considerar el mineralizado como lastre es mayor que el acumular stocks exclusivos para este tipo de material. Por esto las faenas mineras mantienen stocks de mineralizados que en algún momento son usados, generalmente al final de la vida útil del yacimiento. Para pensar en un reprocesamiento de estos materiales, acumulados artificialmente, se debe analizar la granulometría y las características del material, los espesores de las capas a tratar, las condiciones del piso (permeabilidad, pendiente, ~etc.), la posible ubicación de las instalaciones pertinentes la facilidad de recuperar las soluciones evitando contaminar y otras variables que obligan a un estudio más detallado.
Estabilidad del botadero: Es el aspecto técnico más relevante y más rigurosamente estudiado, pues de el depende la permanencia y seguridad del botadero a lo largo del tiempo.Variables que deben ser analizadas en profundidad son el tipo y granulometría del material, las propiedades geomecánicas de la roca, la posición del nivel freático, la altura máxima de levantamiento y ángulos de talud del botadero, la predicción de deslizamientos superficiales y/o profundos, las posibles erosiones eólicas y meteorológicas, las socavaciones fluviales y las condiciones del entorno. La altura máxima del botadero debe ser materia de un detallado estudio geomecánico para evitar deslizamientos y quebraduras progresivas de las plataformas de depositación en las zonas próximas a las crestas. En el proyecto de un botadero es indispensable considerar las medidas a adoptar una vez finalizada la etapa de llenado, ante eventuales exigencias de utilización posterior, implicadas en la concesión o en las reglamentaciones ambientales.
Hidrología del área: Los efectos del agua en los botaderos son muy importantes por ello es fundamental conocer el comportamiento hidrológico de la zona de depositación del material y a su vez evaluar los cambios que produciría la construcción del botadero en el entorno hidrológico. Se debe tener clara la posición del nivel freático con respecto al botadero ya que afecta la estabilidad debido a presiones intersticiales. Además, conocer los datos pluviométricos y las características de la cuenca receptora a fin de darle oportuna evacuación de las aguas para no inducir problemas de erosión y estabilidad. Los botaderos no son estructuras diseñadas para la retención de aguas, relaves o lodos, por tanto debe evitarse el embalse de líquidos tras ellos y el establecimiento accidental de mantos freáticos en su interior. Para salvar esta situación se realizan obras de deyección, como zanjas de absorción de lluvias y/o nieves y conductos de desagüe. En terrenos llanos impermeables la base de apoyo debe conformarse con una pendiente mínima de un 4 % para el normal escurrimiento de las aguas hacia el exterior.
B. Consideraciones económicas
En este punto se incluyen aquellos factores de tipo económico que inciden directamente en los costos de operación.
Los botaderos deben disponerse en terrenos de bajo costo, tanto del punto de vista del valor del terreno mismo como de los posibles costos en que se debe incurrir para dejarlos aptos para la depositación y del potencial mineral que pueda cubrir el estéril, por ello es necesario tener reconocido muy claramente los límites del yacimiento y de la propiedad minera.
El costo de transporte y de colocación del material en el botadero es muy significativo en los gastos operativos. Por esta razón se toma una necesidad económica planificar el botadero en una zona ubicada lo más cercana a los límites finales del rajo, pero fuera de la incidencia del mismo a fin de salvaguardar la estabilidad, y en lo posible a una cota similar o inferior al lugar de extracción, con el objetivo de minimizar el costo de transporte, tanto por el acarreo mismo, como por la no construcción de nuevos caminos y vías de accesos hacia los lugares de acopio.
C. Consideraciones sociales
Se refieren al cuidado y mantención del medio ambiente, antes, durante y después de la colocación del material en el botadero, tomando en cuenta aspectos de seguridad y protección del entorno y los ecosistemas.
Seguridad: Es necesario tener presente que el botadero permanecerá en el lugar una vez terminada la explotación del yacimiento, es por ello que, su estabilidad también debe perdurar en el tiempo, sin provocar deterioros en los cauces fluviales y/o presas temporales, ni producir derrames no controlados que puedan generar daño a sectores poblados y obras civiles, como caminos, tendido eléctrico y otros de similar importancia.
Impacto ambiental: El impacto ambiental que provoca un emplazamiento de botaderos, va desde un simple desvío de aguas o formación de presas hasta una contaminación de las aguas y del aire del sector, llevando con ello un peligro de higiene ambiental.
Es necesario efectuar un análisis del impacto ambiental que producirá la construcción del botadero, y si es posible cuantificar el daño y evaluarlo si él existiese, para saber si es controlable en el corto plazo. Debe evitarse
el deterioro del entorno paisajístico y el daño a la flora y fauna local. Más aún cuando hoy, en el mercado mundial se esta introduciendo fuertemente el concepto de calidad total. que trae exigencias ambientales cada vez más altas.
Es recomendable la no ubicación de botaderos en cauces o zonas de riberas que pudieran en algún momento interrumpir el normal escurrimiento de las aguas al constituirse en presas o diques accidentales, con todo el peligro que esto conlleva.
7.1.3.-Cubicación de botaderos
Todo botadero que supere los 20 m de altura, o bien que su capacidad sea superior a 30.000 m3, deberá ser objeto de una evaluación técnica detallada.
Ubicada la zona de nuevo botadero se procede a la estimación de su capacidad y del cambio que su construcción generará en el sector en cuestión. Es necesario definir las áreas de vaciado considerando la envolvente del pit final, generada por un plan de largo plazo vigente, a fin de evitar en un futuro las pérdidas de tiempo y los costos de una posterior remoción de un material deficientemente depositado debido a una mala planificación. Normalmente se establecen distancias de protección superiores a 500 m.
Las áreas de vaciado deben elegirse de modo que la distancia y las diferencias de cota entre el punto de vaciado y el rajo sean las menores posibles. Los límites del botadero deben respetar condiciones naturales que puedan estar presente, como cauces de ríos, y restricciones físicas impuestas por edificaciones, pertenencias mineras, caminos permanentes, líneas férreas, tendidos eléctricos, embalses y ducterías importantes. Normalmente, los daños producidos en obras de ingeniería anexas no compensa el espacio y los costos generados por su destrucción.
El proceso de cubicación de un botadero contempla dos etapas: un cálculo preliminar, para verificar si los sectores disponibles poseen la capacidad requerida, y una cubicación más precisa, discretizando el botadero en pequeños volúmenes de dimensiones preestablecidas, denominados módulos, que además permitirán planificar la secuencia de llenado.
Para calcular la capacidad real de un botadero y el espacio que ocupará en un período de tiempo, lo primero es ubicar el punto desde donde comenzará el vaciado del material estéril para luego simular su distribución en el tiempo a fin de determinar su crecimiento real.
Se pueden distinguir módulos radiales y cúbicos. Los primeros corresponden a subdivisiones radiales, de un radio de influencia horizontal dado, realizadas a partir del punto de vaciado, considerando como centro de circunferencia. Esta división, así definida en superficie, es proyectada a las cotas inferiores y límites del botadero empleando el ángulo de reposo natural de los materiales comprometidos. Por su parte, los módulos cúbicos son unidades de volumen con dimensiones superficiales cuadradas o rectangulares.
La determinación de las áreas encerradas por la intersección de las curvas involucradas para cada cota se efectúa mediante digitalización o uso de planímetro. Luego se procede a la cubicación del volumen de material por curvas de nivel (plantas), ya que resulta más cómodo que el uso de perfiles transversales, mediante alguno de estos dos métodos:
Método Tradicional: Consiste en calcular el volumen multiplicando la semisuma de las áreas de dos plantas consecutivas por la diferencia de cotas que existe entre ellas.
Método del Cono Truncado: Esta técnica se utiliza cuando las áreas involucradas poseen una relación de 1:4, es decir, cuando el valor de un área respecto de su sucesora es cuatro veces mayor. El cálculo se realiza considerando que el volumen encerrado por dos áreas consecutivas corresponde al de una pirámide truncada. En esta situación el método produce un error de estimación muy grande, perjudicando con esto el resultado de la cubicación final. Por tal razón, muchas veces se utiliza un calculo mixto.
Con la sumatoria de los volúmenes parciales de los distintos sectores se logra la cubicación total del botadero proyectado. El tonelaje se obtiene empleando la densidad esponjada compactada del material a depositar.
7.1.4.- Secuencia de llenado
Un conocimiento detallado del plan minero de explotación del rajo es fundamental para establecer la metodología más conveniente de llenado del botadero. Las “fotos” de los diferentes estados de la mina indicarán los tonelajes y lugares de procedencia de los estériles en los distintos períodos.
Debe determinarse un punto común de salida del rajo para los diferentes sectores de la mina, de manera que cumpla la condición de ser lugar de tránsito obligado para todo material extraído de dicha área. Frecuente es encontrar más de un punto común de salida para cada sector con el fin de aprovechar varios botaderos a diferentes cotas y en diferentes ubicaciones dentro de la zona trabajada, con el objetivo de disminuir el transporte con mucha pendiente y en largas distancias. Este punto común puede ser estático o dinámico. Un punto dinámico significa que avanza de acuerdo a los rajos intermedios, es decir, se desplaza en el tiempo con armonía respecto de las expansiones definidas para un determinado plan de explotación.
El desarrollo de la explotación establecerá la dinámica de los botaderos, determinando sus límites de avance en función de los volúmenes previstos en la planificación de la operación, definiendo así, las superficies ocupadas por cada una de las etapas de la explotación.
Este avance de los botaderos, que determina la variabilidad de las distancias de transporte a través del tiempo, se define mediante módulos de llenado. A cada módulo, cubicado en base a las curvas de nivel, se le determina su baricentro por la ponderación de la distancia con respecto a cada uno de los tonelajes depositados en él.
Para simular la secuencia de llenado se ubica en el plano un punto común de salida a todos los módulos de cada botadero ("punto de origen"), desde donde se trazan arcos circunferenciales hasta cortar los límites laterales del botadero, formando franjas horizontales que conforman la superficie del módulo, cuyo radio es común para cada punto del módulo. Incrementándose así, la distancia de transporte de estéril, desde el punto de origen hasta la cresta del módulo, en tramos iguales al crecer o avanzar el botadero. De esta manera, a partir de la topografía inicial se van estableciendo las diferentes fases de llenado hasta llegar a la situación final del botadero.
La distancia horizontal se mide directamente del plano, una vez definidos el punto de salida del rajo y el baricentro del módulo, como la distancia que los separa siguiendo rutas de transporte definidas con anterioridad. La diferencia de cota entre el punto común de salida del rajo y la cota de avance del módulo y la distancia horizontal respectiva permiten calcular los ciclos de transporte considerando los tiempos fijos y variables a partir de las velocidades asignadas a las unidades de transporte cargadas y vacías, en plano y en pendiente, subiendo o bajando, adicionando los tiempos de carga, de descarga y de maniobras.
A partir del costo horario y la capacidad del equipo de transporte es posible determinar el costo de transporte de los diferentes módulos. Por ende, es el costo de transporte de cada módulo el indicador que define la secuencia económica de llenado.
Se espera que los módulos avancen en forma homogénea, manteniendo siempre la misma distancia al punto de origen, pero si ocurriera que un sector del módulo ya ha llegado a su dimensión máxima, entonces, se debe indicar la prohibición de vaciar en ese sector del módulo limitando las áreas de vaciado. Una vez completada la capacidad del módulo, recién se pasa a llenar el siguiente, llevando así un vaciado ordenado y un control mejorado de los botaderos.
7.1.5.-Construcción de botaderos
La construcción de los botaderos debe estar relacionada con la planificación mina a fin de mantener un estrecho vínculo entre lo realmente extraído y lo depositado. No debe olvidarse que las operaciones mineras son en gran medida movimientos de material estéril, y que la economía de la operación depende en buena parte de un manejo y almacenamiento adecuado del lastre.
Debe estudiarse el almacenamiento de estéril en condiciones óptimas, sin descuidar factores primordiales como recuperación de aguas y el control de la polución ambiental o de efluentes contaminantes.