HUELLA HIDRICA EXTENDIDA DEL MINERAL DE COBRE EN EL PERÚ.

J. M. Kuroiwa1,3; L.F. Castro2,4 y J. I. Montenegro2,4

1Director del Laboratorio de Hidráulica Nacional.Universidad Nacional de Ingeniería.Av.Túpac Amaru 210.Lima 25.Perú.Teléfonos: (51) (1) 481-1991 / 481-1920.E-mail:jkuroiwa@uni.edu.pe2Asistente de Investigación, Laboratorio Nacional de Hidráulica. Universidad Nacional de Ingeniería. lfcastro@uni.edu.pe, 3Profesor Asociado. Facultad de Ingeniería Civil. Universidad Nacional de Ingeniería. Lima, Perú.4Jefe de Prácticas. Facultad de Ingeniería Civil. Universidad Nacional de Ingeniería. Lima, Perú.

RESUMEN

La cantidad de agua utilizada en el sector minero no es conocida al detalle el día de hoy,

debido a la complejidad de los procesos, diferentes tipos de mineral que se extraen, del

tipo de mina, la forma de separación de los metales y la poca información por parte de

las empresas. La poca disponibilidad de su información por parte de estas, hace que no

se conozca la cantidad de volumen o caudales en los diversos procesos de la extracción

del mineral. Es por ello que como inicio del cálculo y metodología para la estimación de

la Huella Hídrica Extendida (HHE) en este sector se ha empezado los estudios del HHE

en la minería con el cálculo de la HHE del Cobre. Los valores arrojados de agua azul,

agua verde y agua gris que consumen proporcionarán valores que servirán para tomar

decisiones de Estado dentro de un panorama de crisis y conflictos entre Mineras y

Población.

En este artículo se estimará la Huella Hídrica Extendida del Mineral de Cobre, a partir

de los balances de aguas en las plantas concentradoras. Se usarán las definiciones

utilizadas por Chapagain y Orr, (2009) y Hoekstra et al. (2009) para determinar la

Huella HídricaExtendida del Mineral de Cobre. Además se podrá observar en los

cálculos que el agua azul y el agua gris son de mayor demanda en la minería metálica

del cobre.

1.- GENERALIDADES

La estimación realizada será con el mineral de cobre. Se ha tomado como respaldo

algunos de los balances de aguas presentados en los estudios de impactos ambientales

de algunas compañías mineras. Dichos estudios pertenecen al Ministerio de Energía y

Minas y son revisados por la Dirección General de Asuntos ambientales (DGAAM).

El Perú tiene la segunda producción más grande de cobre en el mundo. Es un metal de

color rojizo, dúctil y maleable y se puede encontrar combinados con el oro, plata y el

estaño. Una de las principales características de este metal es que cuenta con una

capacidad de transportar conductividad eléctrica y calor. Además posee propiedades

bactericidas y se utiliza en la agricultura. Tiene alta capacidad de formas aleaciones

metálicas, por lo que es muy demandado en la industria de la construcción. La mayor

producción de cobre a nivel mundial está en Sudamérica. El primer productor de cobre

en el mundo es el vecino país de Chile con un 34,15% de la producción mundial,

seguido por nuestro país con el 7,72% de la producción mundial MINEM, (2010).

Chile34.15%

Perú7.72%

China7.12%

Estados Unidos 6.93%

Australia5.57%

Indonesia5.20% Zambia

4.76%

Rusia4.64%

Canada2.97%

Poland2.66%

Kazakistan2.47%

Mexico1.42%

Otros14.39%

Produccion Mundial del Cobre

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

1400.00

Produccion de Cobre en el Perú

Años

Mile

s de

tone

lada

s m

etric

as fi

nas

M T

mf

Figura 1 y 2.- Producción Mundial y Nacional del Cobre

En el gráfico 2 se muestra que en el año 2010, la producción nacional de cobre fue de

1'247.126 TMF, lo cual significó un ligero descenso de 2,28% con relación a las

1'276.249 TMF que se obtuvieron en el año previo. Esta ligera caída se debió

principalmente al decrecimiento en la producción reportados por las empresas Xstrata

Tintaya (13.26%); Compañía Minera Antamina (5,63%) y Southern Perú Copper

Corporation - Sucursal Perú (5,54%). En la etapa de concentración e hidrometalurgia

del mineral de cobre en el Perú es obtenido por cuatro procesos físicos-químicos. En las

estadísticas del MINEM (2010) se evidencia que con el proceso de flotación se extrae el

84% de la producción nacional, el proceso de lixiviación fueron extraídos 15% de la

producción y el proceso de precipitación y gravimetría solo se extrajo el 1% de la

producción de cobre. En algunas empresas mineras utilizan hasta dos procesos físicos-

químicos mixto para extraer el mineral de cobre.

SOUTHERN PERU COPPER CORPORATION

27%

COMPAÑIA MINERA ANTAM-INA S.A.

26%

SOCIEDAD MINERA CERRO VERDE S.A.A.

25%

XSTRATA TINTAYA S.A.7%

GOLD FIELDS LA CIMA S.A.A.

4%

COMPAÑIA MINERA CONDESTABLE S.A.

2%

COMPAÑIA MINERA MILPO S.A.A.

2%

DOE RUN PERU S.R.L.2% SOCIEDAD MINERA EL BROCAL S.A.A.

2%

OTROS 5%

Porcentaje de produccion del cobre (2010)

Figura 3.- Porcentaje de produccion de cobre por empresas mineras

Las empresas mineras que operan en el Perú extrayendo el mineral de cobre son 43

(MINEM, 2010) de las cuales 5 empresas mineras son las que extraen el 88,5% de la

producción anual (ver Figura 3). Estas empresas están clasificadas como régimen

general (gran minería y mediana minería), existiendo también pequeños mineros

artesanales que aportan el 0.25% a la producción anual.

2.- AGUA DEMANDADA EN LOS PROCESOS MINEROS DEL COBRE

En la minería de cobre la mayor cantidad de agua demandada está en el proceso de

concentración para la producción de concentrados y en el proceso hidrometalúrgico para

la producción de cátodos (Cochilco, 2009). En las plantas concentradoras el tratamiento

de minerales sulfurados involucra el chancado y molienda del mineral, seguido por la

flotación, clasificación y espesamiento (Ver Figura 4). Los consumos más significativos

de agua se presentan en la flotación, el transporte de concentrados y relaves, y la

evaporación e infiltración en los tanques.

La flotación del mineral es un proceso físico-química que consiste en la extracción no

de mineral en bruto, sino de las partículas que lo contienen en combinación con el

azufre, esto demandará que se le agregue agua en exceso y de reactivos que son muy

importantes en este proceso.

Figura 4.- Esquema de demanda de agua en el proceso de Flotación y Lixiviación.

Por lo general se requiere un pH alcalino (10 a 11) lo que hace necesario agregar algún

reactivo como la cal que hará elevar el pH del agua que en su mayoría se encuentra en 7

a los valores requeridos. El producto de las plantas de flotación genera concentrados de

20 a 40 por ciento del mineral. También es este proceso se utiliza agua para transportar

los concentrados y los materiales de desechos hacia los tanques de relaves. Otra parte

importante del agua pasa a formar parte de los desechos o relaves que se envían a la

etapa de espaciamiento para recuperar una parte del agua que contienen. Por otro lado la

recuperación de cobre a partir de minerales oxidados y de algunos sulfuros secundarios

de cobre se hace a través del proceso hidrometalúrgico, que consiste de los procesos de

Lixiviación, Extracción por Solvente y electro-obtención. Los factores más variables en

cuanto a consumo de agua son la evaporación en las pilas, el descarte de soluciones (el

que depende, entre otros factores, de la cinética de dilución del mineral) y el lavado de

las soluciones orgánicas.

3.- DOS CASOS RELEVANTES PARA EL ANÁLISIS DE LA HHE.

3.1.- Análisis de los Balances de Aguas en las plantas concentradoras

En el Balance de Agua en la Planta Concentradora de la Sociedad Minera Cerro Verde

S.A.A (SMCV),el volumen total de agua demandado por la SMCV es de 1.160 l/s

(derechos de agua superficial existente), extraídos del rio Chili. En el diagrama de

proceso del balance de agua en la concentradora actual, las etapas de molienda,

clasificación y flotación requieren un total de 3.250 l/s de los cuales: 34 l/s (1) de agua se

encuentran en el mineral, 102 l/s (2) de agua provienen de las licencias de aguas

otorgadas, 985 l/s (3) provienen del agua recuperada enviada desde las bombas instaladas

en las barcazas ubicadas en el embalse, 2.129 l/s (5) provienen de agua recuperada

obtenidas del rebose de los espesadores de relaves o overflow, En total de agua que

ingresa a estos sistemas se divide en: 2 l/s (4) de agua permanecen en los concentrados de

cobre y molibdeno y 3.248 l/s (6) de agua que se encuentra en el flujo de relaves que

alimenta a los espesadores.

Figura 5.- Diagrama de proceso del Balance de agua en la concentradora de la Sociedad

Minera Cerro Verde. Fuente: KnightPiesold, (2011)

El flujo de pulpa de relaves ingresa a los espesadores de relaves, donde llega a

concentrar un 55% de sólidos, con lo cual se consigue el rebose de los espesadores un

flujo de 2129 l/s de agua que recircula al proceso. Seguidamente el flujo de relave

espesado que contiene 1119 l/s (7) de agua, es llevado hacia el dique de relaves con lo

cual 415 l/s (8) de agua son enviados al embalse y 704 l/s (9) de agua ingresan con la

pulpa a las estaciones de cicloneo. De la estación de cicloneo 127 l/s (13) de agua son

enviados conjuntamente con sólidos al dique de relaves, de los cuales 46 l/s (15) de agua

quedan atrapadas en las arenas (13% de humedad), 13 l/s (14) de agua que se evapora

desde el muro del dique. En el rebose de los ciclones ingresan 2134 l/s (18) de relaves

clasificados al embalse, 415 l/s (8) de agua provenientes de los relaves sin clasificar y 3

l/s (21) de agua Ingresan al embalse provenientes de la precipitación. En agua almacenada

en el embalse sufre pérdidas de los cuales 379 l/s (19) de agua son reteniendo en los

intersticios de los sólidos sedimentados (densidad seca de 1,4 kg/m3) y roca base del

embalse, 150 l/s (20) de agua son evaporados en el embalse y 30 l/s (16) de agua son

infiltradas y capturadas.Y 1.994 l/s de agua son impulsados por bombas desde el

embalse, 1009 l/s (11) de agua son enviados para la dilución en la operación de cicloneo

de relaves y 985 l/s (3) de agua son requeridos para la etapa de Molienda, Clasificación y

Flotación del mineral. Los 985 l/s es el caudal requerido e indispensable para la

operación de la planta concentradora. En la SMCV el proceso de Concentración e

hidrometalurgia demanda la mayor cantidad de agua. El tamaño de operación en la

SMCV es gran minería ya que las operaciones existen en la planta concentradora es de

120.000 tm/d. Si se observa la producción de cobre en las estadísticas del MINEM se

puede observar que el promedio es de 140 tonelada métrica (tm) de roca triturada se

pueden extraer 1 tonelada métrica fina (tmf) de mineral de cobre. De acuerdo al balance

de agua realizado en el Estudio de Impacto Ambiental por la consultora KnightPiesold

(2011) el consumo unitario en la planta concentradora es de 0,71 m3/tm. Entonces se

puede inferior que para extraer 1 tmf de cobre se necesitan un promedio de 98 m 3 de

agua.

Balance de Agua en la Planta Concentradora de la Compañía Minera Antamina

(CMA),el agua de proceso requerido es captada del flujo desaguado del tajo del

reservorio de abastecimiento de agua que está ubicado en las nacientes de la quebrada

Ayash. La derivación de la escorrentía de agua superficial alrededor de las instalaciones

de relaves provee un caudal ribereño a la quebrada Ayash durante la época de lluvias.

La liberación de agua desde el reservorio da un caudal ribereño (ecológico) a la

Quebrada Ayash en estación seca. El agua de filtraciones, recolectada aguas abajo de la

presa de relaves, podría proporcionar un caudal ribereño adicional a la Quebrada Ayash,

KlohnCrippen SVS S.A. (1998).

Gráfico 6.- Diagrama de proceso del balance de agua en la Compañía Minera

Antamina. Fuente: Klohn Crippen SVS S.A. (1998)

En el diagrama presentado se observa que la planta concentradora para procesar los

minerales necesita 1.693 L/s. El agua es captada de una presa que se encuentra ubicado

en la Quebrada Ayash. Los caudales derivados son 380 L/s hacia la Poza de relaves, 114

L/s usados para combatir a los incendios pasan a la planta concentradora y 2 L/s son

derivados hacia la poza de relaves. La planta concentradora recibe adicionalmente 38

L/s de agua provenientes de la escorrentía del material de tajo abierto. Además 6 L/s de

agua son rebosadas y captados para las operaciones portuarias. De la planta

concentradora salen 1.839 L/s que son llevados hacia la poza de relaves y en trayecto

son adicionados los 2 L/s de agua potable. La poza de relaves necesita de 2.870 L/s para

realizar las operaciones. 8 L/s son tomados de la poza de retenciones de la planta

concentradora y llevados hacia la poza de relaves, 148 L/s de agua son tomados de la

escorrentía de la mina y agua subterránea de la mina, 21 L/s de agua ingresan producto

de las precipitaciones y 300 L/s de agua recirculan en la captación de la poza colectora

de filtraciones ubicada debajo de la poza de relaves, 173 L/s de agua ingresan producto

de la escorrentía del Botadero Este y agua subterránea. Además de los ingresos en la

poza de relaves existen perdidas por ejemplo: 9 L/s de agua son evaporados del

embalse, 270 L/s de agua son retenidos en los sedimentos y roca base del embalse.

1.693 L/s de agua son tomados de la poza de relaves y llevados al tanque de agua de

procesos luego para ser derivados hacia la planta concentradora. La planta

concentradora necesitara 1.693 L/s de agua fresca para realizar las operaciones de

extracción de cobre, zinc, Molibdeno y Plomo. Para procesar el mineral de cobre en la

CMA se necesitaran de 762 L/s de agua este es el caudal requerido e indispensable para

la operación.

4.- HUELLA HÍDRICA EXTENDIDA DEL COBRE EN EL PERÚ

La huella hídrica extendida del mineral de cobre es muy variable de mina en mina. Los

cálculos estimados de la HHE de los dos casos relevantes y otros más, demuestran que

tanto el agua azul, agua verde y el agua gris tienen valores diferentes y estos cambian

dependiendo del tipo de concentración o hidrometalurgia que utilizan las compañías

mineras. Los dos tipos más comunes de concentración para extraer el mineral son: el

proceso de flotación (84%) de la producción nacional, el proceso de lixiviación (15%)

de la producción nacional y los procesos de precipitación y gravimetría (1%) de la

producción nacional de cobre.

La huella hídrica extendida estimada del mineral de cobre fue de 116 m3/Tmf. El agua

azul fue de 81 m3/Tmf (70%), el agua gris 33 m3/Tmf (28%) y el agua verde 2 m3/Tmf

(2%).

En los procesos mineros se demanda mayor cantidad de agua azul ya que el agua

utilizada para las operaciones mineras en la planta concentradora es captada a través de

un embalse o bombeada del subsuelo.

Huella Hídrica Azul 81 m3/Tmf

Huella Hídrica Verde 2 m3/Tmf

Huella Hídrica Gris 33 m3/Tmf

Huella Hídrica Extendida por unidad de producto (m3/Tmf) del mineral de Cobre en el Perú

Huella Hídrica Azul Huella Hídrica Verde Huella Hídrica Gris

Figura 7.- Huella Hídrica Extendida por unidad de producto (m3/Tmf) del mineral de cobre.

El agua gris tiene el segundo mayor porcentaje de uso de agua, debido a que los

efluentes vertidos o filtrados por los relaves. El agua verde tiene un porcentaje muy bajo

ya que los aportes de las precipitaciones en el embalse del depósito de relaves son muy

pequeños comparados con las filtración, evaporación, aguas de retornos, etc. en los

balances de aguas.

2007 2008 2009 2010

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

180.00

Huella hídrica extendida en terminos absolutos del mineral de cobre en el Perú

Huella hídrica gris

Huella hídrica verde

Huella hídrica azul

Hm

3/A

ño

s

Figura 8.- Huella Hídrica Extendida en Términos Absolutos del mineral de cobre en el Perú.

La huella hídrica extendida en términos absolutos fue incrementándose con los pasos de

los años. La HHE promedio fue de 146 Hm3/año. Para el año 2008 y 2010 se presentó la

mayor demanda de agua. La mayor demanda de agua azul se presentó en el año 2008.

Según la figura la huella hídrica gris se incrementó en un 23.4%, para el año 2010 las

estimaciones calculadas arrojan un volumen de 38,60 Hm3 de agua con concentraciones

químicas que fueron arrojados en los efluentes.

5.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Para determinar la huella hídrica del mineral de cobre se debe realizar un balance de

aguas en cada mina. Además de eso se debe tener muy en cuenta los procesos de

extracción del mineral del cobre. En la minería de cobre la mayor cantidad de agua

demandada está en el proceso de concentración para la producción de concentrados y en

el proceso hidrometalúrgico para la producción de cátodos.

La Huella Hídrica Extendida por unidad de producto del mineral de cobre en los años

estudiados fue de 116 m3/Tmf. El mayor porcentaje demandado fue el agua azul

seguida por el agua gris. Se ha demostrado que gran parte del agua que se utiliza en los

campamentos mineros proviene de una fuente natural como es un río, quebrada, canales,

o del subterráneo. Para calcular la cantidad de agua azul se debe tener en cuenta lo

siguiente: 1) Evaporación de los canales que transportan el flujo de escorrentía hacia la

planta concentradora. 2) Evaporación, filtración, infiltración, retención de agua en los

suelos de los relaves mineros. 3) Datos de Operación en las plantas concentradoras

(toneladas métricas por día, porcentaje de agua en los minerales, densidad del molino,

gravedad especifica del mineral, O/F de espesadores, densidad de relaves, peso del

concentrado, % de agua en el concentrado, gravedad especifica del concentrado y

densidad del concentrado). 4) Ingresos de agua desde el flujo base (agua subterránea).

Para el cálculo de la “Huella Hídrica” gris debemos ubicar y determinar cuanta cantidad

de agua está siendo arrojado por el efluente y la infiltración flujos con altos contenidos

tóxicos al subsuelo. El gobierno peruano ha creado una ley (Ley 17752) “general de

aguas” donde estipula en su artículo 54 del capítulo V “La Autoridad de Aguas o la

Sanitaria exigirá que los residuos minerales sean depositados en áreas especiales o

“canchas de relave” dotadas de los elementos necesarios de control y seguridad, o sean

evacuados por otros sistemas de manera que se evite la contaminación de las aguas o

tierras agrícolas de actual o futura explotación.

El agua gris del mineral de Cobre, presenta unas cifras que deben ser analizadas muy

detenidamente, ya que como se muestra gran parte de los contaminantes son

descargados hacia los efluentes, como: el flujo subterráneo, por las quebradas, ríos, etc.

El agua verde presentó valores relativamente muy pequeños comparados con el agua

azul y el agua gris. Esto es, porque, por que la mayoría de las plantas concentradoras se

encuentran en zonas donde las precipitaciones son bajas.

6.- REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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